各类燃料电池混合动力总成能源效率研究

导语

采用燃料电池/超级电容、燃料电池/常规电池、和燃料电池/超级电容/常规电池的动力总成方案的能源效率有哪些不同?本文为读者介绍了比利时学者的研究结论和过程。

  比利时的学者研究了几种燃料电池汽车的动力总成设计方案,比较了采用燃料电池/超级电容、燃料电池/常规电池、和燃料电池/超级电容/常规电池混合的三种燃料电池汽车的动力总成和控制策略。其结论为:燃料电池/超级电容型燃料电池汽车的能源效率略胜过其他两种方案。该研究结果已在第27届电动汽车研讨会上得到发布。

各类燃料电池混合动力总成能源效率研究

  燃料电池/超级电容型燃料电池汽车的节能优势主要来自于它可以在瞬态工况下频繁地使用高效率的超级电容进行充放电(超级电容所允许的最大充放电流远高于常规电池)。所以尽管它的车重往往更高,但是仍然更加节能。

  研究人员还指出:从电池寿命、部件尺寸、瞬态工况的角度看,采用燃料电池/超级电容/常规电池混合型的燃料电池汽车或许也是个不错的选择。

  将标准的一套燃料电池系统整合进一台汽车的动力总成中,并不能总是满足汽车的功率需求。尽管燃料电池具有较高的功率容量,但是那只是对于稳定工况而言的。相反,其瞬间输出更高功率的能力相对薄弱。因此,燃料电池系统的高价格和迟缓的动态性能成为了制约燃料电池汽车商业化的最大障碍。

  为了克服该障碍,燃料电池系统必须进行”杂交”,使自身具备多种储能系统(如常规电池或超级电容等),在节能的同时,更好满足动力的需求。

  该研究评估不同种类燃料电池系统的能源效率、成本和部件尺寸。研究人员使用Matlab/Simulink软件,设计并仿真了多种燃料电池动力总成。能源效率评估采用了NEDC和FTP75两种标准测试循环进行仿真。他们还根据燃料电池效率MAP图,使用了两种控制逻辑,来最大程度地降低仿真模型的氢消耗量。

各类燃料电池混合动力总成能源效率研究

  控制逻辑(1)基于CSEM能源效率MAP图,可以减小每种测试循环的氢的总消耗量。控制逻辑(2)基于CSPSO离子群优化法,协调多种储能系统工作,尽量降低能耗、维持电池电量。

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