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燃料电池混合动力汽车将成为我国未来发展方向

2019-05-25 23:56来源:中华汽车网责编:孟晓澜站点:www.hainnews.com

   当前,全球能源紧缺和环境污染问题日益严重,氢能和燃料电池是未来重要发展方向和趋势,燃料电池汽车被认为是未来新能源汽车的终极选择。国务院在《节能与新能源汽车产业发展规划(2012-2020年)》明确了至2020 年,中央财政将投入1000 亿元用于扶持新能源汽车产业。《国家中长期科学和技术发展规划纲要(2006-2020年)》重点提出了对燃料电池汽车整车设计、集成和制造技术,动力系统集成与控制技术,汽车计算平台技术,高效低排放内燃机、燃料电池发动机等关键部件的技术规定。《中国制造2025》明确提出了燃料电池汽车及其关键部件的技术路线图,对燃料电池关键材料的研发提出了技术目标。

  2. 燃料电池混合动力汽车

   针对燃料电池电压电流输出特性及动态响应滞后的特点,基于城市公交大客车运行时,驱动与制动功率波动频率高、幅度大以及长续驶里程的总驱动与制动能量较大等工况特点和难点,以清华大学汽车安全与节能国家重点实验室为主的氢燃料电池客车动力系统研发团队,率先提出并研制成功燃料电池加动力电池的电-电混合动力系统。

   燃料电池混合动力系统主要包括燃料电池、辅助动力源、DC/DC变换器等部件。燃料电池系统作为车辆常规运行时的主要动力源,为车辆的常规运行提供所需能量;辅助动力源为蓄电池或超级电容器,提供车辆在启动、加速、爬坡等特殊工况下所需功率。如此,既能保证车辆在不同工况下所需的能量,同时能够减小对燃料电池的冲击,提高燃料电池的寿命。

   通常,根据燃料电池混合动力系统动力源装置的搭配方案以及它们与电机驱动系统之间的连接方式来定义系统构型。根据燃料电池系统是否与电机控制器直接相连分为直接燃料电池混合动力系统和间接燃料电池混合动力系统。

   (1) 直接燃料电池混合动力系统

   图1为直接燃料电池混合动力系统。燃料电池系统直接与电机控制器相连,同时,使用蓄电池或者超级电容作为辅助动力装置,并且蓄电池组(超级电容)和动力系统的直流母线之间使用双向DC/DC变换器。

燃料电池混合动力汽车将成为我国未来发展方向

图1 直接燃料电池混合动力系统

   (2) 间接燃料电池混合动力系统

   图2为间接燃料电池混合动力系统。在燃料电池系统前面使用单向DC/DC变换器来对燃料电池系统和电机驱动系统进行电压匹配,并对燃料电池系统的输出功率进行控制,辅助动力源装置选用蓄电池组或超级电容,并直接与直流母线相连接。

燃料电池混合动力汽车将成为我国未来发展方向

图2 间接燃料电池混合动力系统

   燃料电池直接驱动构型中,为满足车辆良好的动力性,燃料电池动力系统(FCE)必须具有良好的动态特性和V-I特性,同时,为避免FCE瞬时大功率放电导致的母线电压过低而损坏燃料电池堆,FCE的额定功率取值也相对偏高。

   燃料电池间接驱动构型中,由于DC/DC变换器的作用,实现了FCE与储能系统(ESS)的功率耦合和电压隔离,有利于对燃料电池动力系统优化调节,在目前燃料电池的技术水平下,是一种经济实用的混合动力系统构型。

  3. 燃料电池混合动力汽车发展优势

   (1) 能够提高燃料电池的使用寿命

   燃料电池混合动力汽车是燃料电池与动力电池混合,动力电池提供车辆启动、加速、减速等非稳态下所需的大功率,平均功率由燃料电池提供,使燃料电池运行工况基本不变,负载变化较小,输出功率平稳,对燃料电池的瞬时冲击小,能够大大提高燃料电池的使用寿命。动力电池作为燃料电池混合动力汽车的辅助动力源,可以通过控制动力电池的充放电功率,提高动力电池的使用寿命。

   (2) 规模越大,成本越低

   依据当前燃料电池汽车路线图,到2020年有望发展到1千辆,燃料电池成本与规模有很大的关系,规模越大,成本越低。如燃料电池汽车与320~350kwh的纯电动汽车成本基本持平。随着燃料电池逐步产业化发展,规模不断扩大,成本有望逐步下降。

   (3) 提高市场竞争力

   工信部、财政部、科技部和发改委《新能源汽车推广补贴方案及产品技术要求》中对燃料电池乘用车实行20万元/辆补贴,轻型货车、客车30万元/辆补贴,大型客车、中重型货车50万元/辆的补贴,纯电动大巴汽车将在2019年会有退坡政策,这样燃料电池混合动力汽车将具有很大的市场竞争力。

   (4) 加注时间短,续航里程长

   燃料电池混合动力汽车加氢时间短,一般为3~5min,续航里程可达到500km以上,远远超过了传统纯电动汽车的续航里程。

  4. 燃料电池混合动力汽车发展现状

  4.1国内燃料电池混合动力系统发展现状



本文标题:燃料电池混合动力汽车将成为我国未来发展方向
本文链接:https://www.hainnews.com/xnyc/2019/1729.html

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