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燃料电池电动客车电机的最大功率的确定，必须按照性能指标的要求，满足最高车速时的功率要求Pe；并且能为车辆提供加速功率Pa和爬坡功率Pc，因此功率参数的选择要依照车辆具体的行驶工况，对比各工况下的需求功率值，考虑传动系效率，选择其中的最大值作为最大功率值，即：汽车行驶功率平衡方程式如下：（1）若给出最高车速，忽略加速阻力和上坡阻力：(2)若给出最大爬坡度，则满足车辆爬坡性能时忽略空气阻力和加速阻力：式中，ustab为最小稳定车速。基于以上计算，取Pmax=160kW(3)若要满足车辆的加速性能要求，则在水平良好路面上，车辆的行驶加速度计算式为：则车辆由起步加速到车速u的加速时间为：应用计算机编程，电机功率取额定值，计算得加速时间为23.8s，则此电机的功率满足车辆的加速性能要求。电机额定功率的选取要考虑到车辆的实际行驶状况，使车辆的经常行驶功率与电机的经济区对应，即车辆经常使用工况下电机能以经济的负载率运行。通常，电机额定功率可按照巡航车速来选取，巡航车速一般为0.6～0.8umax。以巡航车速u=50km/h行驶时所需的功率为驱动电机的额定功率：2.1.2电机额定转速和最高转速确定电机的最高转速对电机的额定转矩和传动系尺寸都有影响。在额定功率一定的前提下，最高转速越低，对应的电机额定转矩越大，一方面对电机的支撑要求越高，另一方面要求更大的电机电流和电力电子设备电流，增加了功率变换器的尺寸和损耗。但车辆起步加速和稳定运行需要电机额定转矩减小，只能通过选用高速电机来解决，这又会增加传动系尺寸，所以必须综合考虑最高车速和传动系尺寸。通过上式计算结果，考虑到电机的负荷率、负载变化范围大、车辆应有一定的加速爬坡能力等因素，电机的功率应比计算值大。电机的最...
