车载用动力燃料电池系统设计毕业论文

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1、车载用动力燃料电池系统设计背景：随着汽车工业的迅猛发展和汽车保有量的飞速增长，全球石油资源递减和环境污染等问题却日益突出。世界各国政府开始投入大量的人力、物力、财力竞相研制和开发旨在以节能、环保为终极目标的混合动力汽车、纯电动汽车等新能源汽车。电动汽车作为一种节能、无污染的理想“零排放”汽车，理所当然地受到了广泛的关注与重视，并在今后汽车工业的发展中占有越来越重要的地位。燃料电池电动汽车（FCEV）由燃料电池提供动力源，主要是以氢燃料类型为主，其具有无污染、零排放、氢能资源丰富，制取方法很多，可获取性大等优势。以质子交换膜燃料电

2、池为主，其燃料转换效率相比传统内燃机高达60%～70%，代表了新能源汽车的发展方向，我国863计划当中，明确将燃料电池汽车发展放在了我国的电动汽车发展的首位。一、FECV分类及构造FCEV是以电力驱动为惟一的驱动模式，其电气化和自动化的程度大大高于内燃机汽车，早期用内燃机汽车底盘改装的FCEV，在汽车底盘上布置了氢气储存罐或甲醇改质系统，燃料电池发动机系统，电气控制系统和电机驱动系统等总第8页共8页成和装置，在进行总布置时受到一些局限。新研发的FCEV采用了滑板式底盘，将FCEV的氢气储存罐和供应系统、燃料电池发动机系统、电能转

3、换系统、电机驱动系统、转向系统和制动系统等，统统装在一个滑板式的底盘中，在底盘上部可以布置不同用途的车身和个性化造型的车身。采用多种现代技术，以计算机控制为核心和电子控制的"线传"系统(Control-by-wire)，CAN总线系统等，使新型燃料电池电动车辆进入一个全新的时代FCEV按主要燃料种类可分为:①以纯氢气为燃料的FCEV;②以甲醇改质后产生的氢气为燃料的FCEV。FCEV按"多电源"的配置不同，可分为:①纯燃料电池FCEV;②燃料电池与蓄电池混合电源的FCEV;③燃料电池与蓄电池和超级电容器混合电源的FCEV。后2种

4、多电源的配置方式是FCEV的主要配置方式。辅助电源用于提供起动电流和回收制动反馈的电能。图1所示为典型的能量混合型的燃料电池动力系统示意图。这种车型不但具有纯燃料电池汽车的优点，还能够克服纯燃料电池汽车目前无法解决的缺陷。图1燃料电池汽车混合动力系统示意图二、动力蓄电池选型及参数设计第8页共8页1动力蓄电池的分类及比较作为辅助动力源的动力蓄电池，在汽车起步的工况下提供全部动力；当汽车在加速或爬坡等工况时，为主动力源提供补充；同时在汽车制动时，吸收制动回馈的能量。目前，在电动汽车上普遍使用的电池有铅酸电池、镍氢电池和锂离子电池。铅

5、酸电池由于安全耐用、价格低廉，曾是电动汽车动力电源的首选，但是由于电池的能量密度和功率密度小，造成电动汽车体积过大，不适用于燃料电池汽车。镍氢电池的能量密度和功率密度都优于铅酸电池，许多公司都将其作为混合动力汽车和燃料电池汽车使用的首选电池。锂离子电池的出现使得电池的性能和寿命都有了长足进步。锂离子蓄电池在容量、功率等方面的优点引起了世界各国极大的研究兴趣。日本、美国、加拿大、法国、德国等都已经在电动车用锂离子蓄电池的开发方面取得了很大进展，如通用汽车公司为了在其新版的Hy-Wire上提高效率,配备了法国SAFT公司生产的锂离子

6、电池。2动力蓄电池的要求燃料电池汽车燃料电池与蓄电池这种“电-电”混合形式下对蓄电池有以下要求：1）整车有较大功率需求时，能够大电流放电，待燃料电池响应跟上后放电电流迅速降低；2）进行制动回馈时，可以在短时间内接受较大电流的充电，即要具有瞬间大电流充放电能力；3）电池的荷电状态（SOC）应尽可能保持在50%~85%的范围内；4）循环寿命长，能够达到1000次以上的深度放电和40万次以上的浅度放电循环。第8页共8页3动力蓄电池参数设计对于能量混合型的燃料电池电动汽车主要有以下参数需要确定：1）蓄电池组的额定电压和单体电池的个数。蓄

7、电池组的额定电压取决于动力总线的电压，配合单体电池允许的电压工作范围，就能计算出所需的电池节数。2）蓄电池的功率和能量需求。电池的功率需求包括最大放电功率需求和最大充电功率需求。对于燃料电池汽车，根据整车的动力性能要求，分析各个工况，如汽车起步、爬坡、超车、制动等的功率需求可以得到对动力源的功率需求。计算最大能量需求时要考虑SOC的波动范围和电池。3）蓄电池的容量。根据蓄电池允许的最大放电电流不超过20C为依据计算得到蓄电池的容量。二、电机驱动系统选型及参数设计1电机驱动系统的分类及比较电机驱动系统是燃料电池汽车中将电能转换成机

8、械能的动力部件，目前常用的驱动形式有直流电机驱动系统、交流感应电机驱动系统、交流永磁电机驱动系统和开关磁阻驱动系统。直流电机驱动系统具有成本低、易于平滑调速、控制简单、技术成熟等特点，在早期的无轨电车和电动叉车等电动车辆中使用比较广泛。但由于电机在运行过程中需要