氫電混合動力系統結構的技術特點及應用探討

楊利萍

摘要：人類為了實現可持續的移動必須要減少排放，還要提高燃料電池的效率，因此我們研發了混合電力汽車。本文詳細的介紹了一種混合動力系統并分析了這一系統的影響因素，以及如何提高效率。

關鍵詞：氫氣? 燃料電池? ?鋰離子電池? 動力系統

汽車產業在不斷的發展，同時它也對環境造成了一定的污染，并且還浪費了很多能源，這是社會上十分重要的兩個問題。為了使得人類社會和汽車企業能夠協同發展，我們發明了燃料電池汽車，它可以解決這兩方面的問題，因此它也是電動汽車最終的目標形態。未來汽車要朝著這一個方向來發展，然而，這一汽車會受到氫氣等因素的影響，會使得存放燃料的電池汽車很難在市場上投放。因此我們采用了氫電混合燃料的電池，這樣既可以為汽車提供前進的能量，又可以降低輸出的功率，使得電動汽車獲得一定的經濟性。

一、氫電混合燃料電池系統組成

氫燃料電池的系統是集燃料電池技術、輔助動力技術、混合動力技術、車載氫燃料存儲及供應技術、冷卻循環技術、整車控制技術、環境安全控制技術、外設加氫技術等于一體的復雜系統。鋰電子系統是其中最為重要系統，系統包括鋰離子電池組和鋰離子電池控制裝置，另外在這一系統下還設置了一些子系統，還有對電源進行管理的系統。鋰離子電池混合動力系統還結合了原有的電池當中的優點，這樣可以使得動力系統更加的可靠，另外電池的使用壽命也會延長，同時可以對汽車的能量進行回收，節省資源，避免造成能量的浪費。在這一系統當中，氫燃料電池是電池汽車的一個動力源，它起主要作用，鋰離子動力電池組起著輔助的作用，二者共同作用來推動汽車的前進。汽車在運行時會利用燃料電池來提供充足的電力，而鋰離子動力電池可以回收能量，并且還可以起調峰等作用。如果汽車不是在平道行駛時，需要加速或者上坡時，鋰離子電池就會提供一些便利，幫助其前進。如果汽車需要減速或者是在下坡的時候，鋰離子電池就會收回多余的電能。這一動力系統可以使得兩種電池同時開展工作，使得汽車可以長時間的續航，并且還能夠保存很大的容量，在燃料電池當中最大的輸出率與鋰離子電池的輸出力之間的比例中，燃料電池所占的比例還是較大的。

二、氫燃料電池汽車動力系統技術研究狀況

2.1氫燃料電池動力系統特點及優勢

氫燃料電池車動力系統受周圍氣候條件的影響較小，特別是在一些緊急情況時，可以做出快速的反應。我們還對其進行了相關的實驗，通過建立模型來測試電動力系統的功率，能量以及性能。根據結果，我們可以得出燃料電池-動力電池混合動力汽車花費較低，并且系統也比較簡單，方便操作，它具有一定的經濟性，還可以節省能源。同時還緩解了對動力電池的壓力，延長電池的壽命。另外，我們還建立了一個軟件來模仿電池混合動力系統，同時還在不同的動力系統之下進行仿真。根據研究結果，當它出現較高負載時，燃料電池的輸出電壓可能會出現一些變化，但是它很快就會變得穩定。當燃料電池的功率一定時，動力系統的經濟性是最好的。氫燃料電池車是基于燃料電池的混合動力汽車，已經受到了廣泛的關注。它主要的優點有，燃料電池是以可再生的能源來代替電力和石油，并且反應產物為水，不會受到電氣的干擾。它的線路條件與非電氣化線路可以完全兼容，并且可以在任何鐵路線上進行運行。我們在進行研究時分析了氫燃料電池汽車和混合動力汽車以及純電動的汽車這三者之間的情況，并且還對基礎設施和技術進行了比較。氫燃料電池混合動力汽車，它的發展方向更為廣闊，并且還會取得很高的效率。

2.2國內氫燃料電池動力系統的研究現狀

目前國內已經研發出氫電混合燃料電池汽車，它們的功率較高，并且燃料電池和動力鋰電池之間進行了聯合來共同驅動電池車的前進。鋰電池比較穩定和安全，這樣會使得電動汽車快速的充電，并且在充電時還會得到保障。

另外我國對電動機車的研究也越來越深入，并取得了良好的運行效果，同時在盡可能的減少對環境造成的污染。另外，清華大學聯合國家重點實驗室正努力研發城市客車，其中他們重點研究客車混合動力控制系統，這是一個十分核心的技術，他們選擇了不同的方向來進行研究，開發出了功率和能量混合的一個動力系統，并且它相關的性能和指標也符合要求，在車輛行駛時所出現的問題也大大的減少，降低了汽車的故障率，同時在制作成本方面還降低了資金的投入，取得了良好的效果。同時首臺研發出的氫電混合燃料電池汽車可以進行長時間的穩定運行，并且在運行過程中還不易發生故障，它的啟動時間很短，速度很快，這又是電池汽車發展史上的一個突破。我國還頒布了相關的政策來支持氫電混動汽車研發，這樣不僅可以推動燃料電池汽車的發展，同時隨著我國科研力度的投入，我國燃料電池汽車也取得了很大的成效。

2.3國外對氫燃料電池動力系統的研究

國際上，隨著氫能應用技術發展逐漸成熟，以及全球應對氣候變化壓力的持續增大，氫能產業的發展在世界各國備受關注，氫能及燃料電池技術作為促進經濟社會實現低碳環保發展的重要創新技術，已經在全球范圍內達成了共識，多國政府都已出臺氫能及燃料電池發展戰略路線圖，美國、日本、德國等發達國家更是將氫能規劃上升到國家能源戰略高度。同時各國還建立了一個軟件系統來模仿電池混合動力系統，同時還在不同的動力系統下進行仿真。根據研究結果，當它出現較高負載時，燃料電池的輸出電壓可能會出現一些變化，但是它很快就會變得穩定。當燃料電池的功率一定時，動力系統的經濟性是最好的。

三、車用燃料電池動力系統能源效率的影響因素

我國根據燃料電池效率測試平臺系統所得到的結果并考慮到燃料電池在工作時效率我們建立了一個關系式。根據結果，我們可以得出，如果其壓力比較低，這就會降低電池的初始效率，如果效率達到最大的時候，它的前端燃料電池效率也會與反應器壓力成正比。但超過了最大效率點之后就會與電池輸出功率成反比。反應器壓力對電池的效率起著很大的影響。在最大工作效率之前的30%，電池效率會逐步增大，如果一旦達到了最大效率點，就會不斷的下降。

四、結束語

根據燃料電池汽車的發展過程，為了提高燃料電池的效率和延長運行的壽命，就必須要采用氫電混合燃料電池汽車動力系統，這一系統可以對電池，汽車起到一個良好的作用，因此我們要降低燃料電池的制造成本，提高能量和功率，要想辦法優化它的效率，并且盡可能的降低功率的消耗。制定相關的策略來控制動力電池混合動力系統并且還要考慮周圍的因素，盡可能的簡化動力系統，使得操作更加簡單，能夠取得良好的效果。

參考文獻

[1]吳澈. 燃料電池汽車動力系統匹配及控制策略研究[D].中北大學，2018.

[2]張政. 氫電混合動力場地車混動控制系統研究[D].南通大學，2018.