無DC/DC 轉(zhuǎn)換器的氫燃料電池混合動(dòng)力汽車

無DC/DC 轉(zhuǎn)換器的氫燃料電池混合動(dòng)力汽車

常見的氫燃料電池類型為質(zhì)子交換膜氫燃料電池，但是該類型的燃料電池在汽車工作狀態(tài)出現(xiàn)劇烈變化時(shí)會(huì)產(chǎn)生質(zhì)子交換膜性能衰退，降低氫燃料電池汽車的耐久性。因此，常結(jié)合電能存儲(chǔ)裝置（鋰電池或鉛酸電池）與氫燃料電池形成混合動(dòng)力結(jié)構(gòu)，提高氫燃料電池汽車的耐久性。電能存儲(chǔ)裝置電壓與氫燃料電池電壓之間存在差異，為了同時(shí)驅(qū)動(dòng)電機(jī)運(yùn)行，需要采用直流/直流（DC/DC）轉(zhuǎn)換器對(duì)氫燃料電池電壓進(jìn)行轉(zhuǎn)換調(diào)節(jié)。使用DC/DC轉(zhuǎn)換器不僅使氫燃料電池汽車的成本增加，而且在電壓的轉(zhuǎn)換過程中會(huì)造成約20%的電能損耗。因而，需要尋求能夠消除使用DC/DC轉(zhuǎn)換器的方法，用于氫燃料電池混合動(dòng)力汽車的開發(fā)過程中。

消除DC/DC轉(zhuǎn)換器的主要目的是確定出不同條件下氫燃料電池與電能存儲(chǔ)裝置的最佳組合形式。利用試驗(yàn)進(jìn)行分析時(shí)，將額定功率3kW的質(zhì)子交換膜氫燃料電池與不同形式的電能存儲(chǔ)裝置并聯(lián)連接。氫燃料電池不僅為電機(jī)提供功率，而且在需要時(shí)還能對(duì)電能存儲(chǔ)裝置進(jìn)行充電，同時(shí)電能存儲(chǔ)裝置輔助氫燃料電池的啟動(dòng)。共選擇3種鉛酸電池形式進(jìn)行了試驗(yàn)，分別為4×12V的閥控式鉛酸電池組、16×3.4V的鋰離子電池組以及16×3.4V的閥控式鉛酸電池組。對(duì)于每一種組合形式，試驗(yàn)時(shí)首先通過充電或放電操作，將電能存儲(chǔ)裝置的荷電狀態(tài)分別調(diào)整到20%、50%、80%和100%；然后啟動(dòng)氫燃料電池，當(dāng)其完全啟動(dòng)后，電能存儲(chǔ)裝置停止向其供能；之后逐漸增加電機(jī)負(fù)荷，速度為每15s增加50W，并利用設(shè)定的能量管理系統(tǒng)對(duì)氫燃料電池系統(tǒng)和電能存儲(chǔ)裝置之間的功率分布進(jìn)行調(diào)節(jié)。最后記錄電機(jī)、氫燃料電池和電能存儲(chǔ)裝置的電壓、電流和溫度，并進(jìn)行對(duì)比分析。試驗(yàn)結(jié)果顯示：①由于單個(gè)商業(yè)化閥控式鉛酸電池的電壓是12V，因此其與3.4V的鋰離子電池單元相比，調(diào)節(jié)的靈活性較低，且性能也較低；②采用后兩種組合形式能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)電能存儲(chǔ)裝置的調(diào)節(jié)，消除DC/DC轉(zhuǎn)換器的使用，且16×3.4V鋰離子電池組形式下的穩(wěn)定性和耐久性均最優(yōu)。

刊名：International Journal of Low-Carbon Technologies（英）

刊期：2016年第11期

作者：Kevin Kendall

編譯：李臣