燃料电池汽车混合动力系统参数匹配与优化 燃料电池作为车用动力电源有效率高、污染小、动力传动系统结构简单等诸多优点，但在实际应用中也存在一些问题。 （1)燃料电池的输出特性偏软，作为车用电源，无法满足负载频繁剧烈的变化，因此必须在电机控制器和燃料电池之间增加必要的功率部件进行阻抗匹配。 （2)车用燃料电池作为单一电源其启动时间长，动态响应速度较慢，无法满足车辆运行过程中负载的快速变化需求；燃料电池功率密度较低、成本高，若仅以燃料电池满足峰值功率需求，势必会造成整备质量和成本的增加；无法吸收回馈能量，不能实现制动能量的回收。 在燃料电池发动机(FCE)和电机控制器之间增加峰值功率系统(PPS)，不仅可以吸收回馈能量、降低成本，而且可以弥补 FCE 启动时间长、动态响应差的缺点。采用这种结构的动力系统称为燃料电池混合动力系统。 “燃料电池+动力蓄电池”是目前研发的燃料电池混合动力系统主要构型，主要有如图 1 所示 4 种结构。结构(a)、(b)和(c)中，燃料电池和驱动系统都是间接连接，可以在一些特定条件下的场地车上使用，但受目前燃料电池技术水平的限制，这 3 种动力系统结构难以在功率需求和功率波动都比较大的车型上实现。结构(d)的优点是：蓄电池可回收再生制动的能量和吸收燃料电池富裕的能量；蓄电池组作为燃料电池发动机的输出功率平衡器，调节燃料电池发动机的效率与动态特性，改善整车燃料经济性，提高动态响应速度。 图 1 燃料电池混合动力系统结构 对于本文所研究的燃料电池汽车，其车型的整车参数及动力性指标如表1 所示。 表1 整车参数和设计性能要求 2 燃料电池混合动力系统参数匹配 2.1 电机参数设计 目前，可用作车用驱动电机的有直流电机、交流感应电机、永磁同步电机、直流无刷电机、开关磁阻电机等。交流异步电机由于结构简单、坚固且控制性能好，被欧美国家广泛采用。永磁同步电机和直流无刷电机能量密度和效率较高，在日本得到广泛应用。开关磁阻电机应用较少。 电机是燃料电池汽车驱动的唯一动力，需要满足起步、怠速、加速、匀速、减速、爬坡等工况的要求。通常适用于电动车辆使用的电机外特性如图 2 所示。在额定转速 nN以下，以恒转矩模式工作，在额定转速 nN以上，以恒功率模式工作。相应电机的参数选择包括：电机额定功率 PN、电机最大功率 Pmax、电机额定转速 nN和电机最高转速 nmax。 图2 电机外特性 2.1.1 电机最大功率和额定功率的确定 ...
