基于单片阻抗一致性吹扫的燃料电池低温冷启动策略研究

车用石墨板燃料电池低温冷启动能力弱,是影响燃料电池技术在北方寒冷地区大规模推广的重要瓶颈。饥饿自升温是一种常见的低温冷启动策略,其基本原理是通过降低反应物供应速率来增加过电势,短时间在电池内部产生大量热量从而实现快速升温。该方法原理简单,但对电堆单体初始含水量一致性要求高、且易出现单片反极和尾排氢浓度超标的情况,影响系统安全性和电堆耐久性。针对上述问题,课题组研制了单体多通道交流阻抗在线测试装置,提出了面向单片阻抗一致性的电堆优化吹扫策略,建立了基于定电压变流量泵氢控制的低温冷启动方法,实现了低温启动瞬态过程的高产热、高安全、高动态的电压、电流、进堆/旁通空气流量的多目标多参数的耦合协调控制。台架实验结果表明,采用优化吹扫策略后,单片阻抗间最大差值由0.7降低至0.2 mΩ以下;燃料电池发动机系统可实现124 s内-40℃下快速启动,且重复性好。相关技术在北京冬奥会燃料电池示范中获得了应用,验证了其有效性。     

燃料电池在中国的发展及其在电动车辆上的应用

综述了燃料电池在中国的发展现状。指出可以用于电动车辆动力源的燃料电池种类,包括碱性燃料电池、磷酸燃料电池、固体氧化物燃料电池和质子交换膜燃料电池,中国近年来燃料电池发动机的研发则主要集中在质子交换膜燃料电池上。质子交换膜燃料电池在汽车上的规模应用有助于降低燃料消耗,减少大气污染。燃料电池技术应用于电动车辆的过程中还需要解决一系列问题,这些问题涉及燃料的制备、储存和分配以及燃料电池发动机的小型化、燃料电池汽车整车的重新设计、成本的降低等。笔者对这些问题进行了初步的分析。     

面向冬奥示范的新一代燃料电池系统技术突破

燃料电池汽车是新能源汽车的重要技术路线。针对2022冬奥应用环境，开展了燃料电池发动机系统高密度集成、耐久性管理和低温冷启动技术研究，提升其性能及低温环境适应性。车辆在张家口进行了近3年示范运营，经历了-20℃以下的低温环境，通过抽取样本信息，分析了燃料经济性、耐久性和可靠性。示范运营积累的经验和改进措施为2022冬奥会“氢能出行”服务及燃料电池汽车示范城市群项目实施打下基础。     

基于模糊控制的燃料电池混合动力系统能量管理研究

以高效率和低排放的燃料电池汽车为研究对象,使用模糊控制对燃料电池混合动力汽车的能量分配进行实时管理,在满足功率跟随的条件下保证动力电池的充放电能力,以提高燃油经济性。本次研究中,以燃料电池发动机和动力电池组作为动力源,使用Matlab软件进行动力系统建模和模糊逻辑策略应用,最后进行了仿真计算。仿真结果显示经过优化的模糊控制能量管理可以为燃料电池汽车提供好的燃油经济性和系统效率。     

某燃料电池公交车低温采暖试验研究

为了提高燃料电池汽车在低温环境下的采暖性能,对燃料电池汽车低温冷启动过程进行了梳理,分析了热泵采暖系统和PTC采暖系统的原理以及优缺点,并以一款燃料电池公交车为例,利用实车测试的方法分析了PTC采暖系统在燃料电池汽车中的应用。研究结果表明,PTC采暖是目前最适用于低温环境下的汽车采暖方式,燃料电池公交车由于车内空间较大,温度升高的速率较慢。热泵采暖系统具有更高的能量利用效率,燃料电池热管理方案对于改善续驶里程很重要,强化采暖系统与车内空间的换热提升车内升温速度。     

燃料电池汽车整车集成的关键技术

文章在简单介绍国内外燃料电池轿车开发现状和燃料电池汽车动力及其电控系统架构定义后,结合上汽在燃料电池整车开发项目中积累的经验,从整车布置、整车热管理、整车与动力系统的参数选择与优化设计、多能源动力系统的能量管理策略优化及其控制算法的实现、制动回馈及电驱动系统的综合控制等方面阐述了燃料电池汽车整车集成开发的关键技术。     

燃料电池汽车研究现状及发展

车用燃料电池是一种高效、清洁的新能源技术。本文综述了中国、北美、欧盟、日本、韩国等国家和地区在该领域的发展情况,进行了多个角度的比较分析,其中包括:燃料电池汽车各项技术指标、燃料电池发动机的寿命、环境适应性、储氢系统、燃料电池关键材料、燃料电池辅助系统、燃料电池汽车的示范运行、加氢基础设施建设等。结果表明:在国外,整车企业已经进入产业化燃料电池汽车的准备,预计燃料电池汽车将在2015年进入量产阶段;而在中国,燃料电池汽车还处于性能改进和小规模示范阶段;下一代燃料电池汽车的研发重点是:延长电池寿命、降低系统成本、建设加氢基础设施和推广商业示范。     

丰田Mirai氢燃料电池汽车解析(上)

正丰田Mirai四门轿车于2014年12月15日在日本正式上市是丰田汽车公司的第一款氢燃料电池汽车。丰田燃料电池系统将诸如燃料电池堆和高压氢气罐等混合动力技术与燃料电池技术相结合。燃料电池汽车有效地将发电所需的氢气和空气输送到燃料电池,产生电能,并利用电能驱动汽车的牵引电机。高压电零部件包括带电机的燃料电池空气压缩机、空调电动压缩机、燃料电池逆变器、燃料电池堆、燃料电池冷却水泵、燃料电池水泵与氢气泵逆变器、带电机的燃料电池汽车变速器和带转换器的逆变器供电。所有其他常规的汽车电气,如前大灯、音响和仪表都是由一个单独的12V辅助电池供电。在Mirai中设计了许多安全措施,以确保大约244.8V的燃料电池汽车镍氢动力蓄电     

燃料电池汽车的核心技术

被誉为新一代环保车型的燃料电池汽车可不使用传统化石燃料,而以来源丰富的氢气作为燃料,运行后的排放物只有水,且不排放CO2。燃料电池汽车通过电机驱动车辆,可兼顾静音性与良好的行驶性能,燃料填充时间较短,并能确保与内燃机汽车相近的续航里程。各汽车制造商目前正在积极开展针对燃料电池汽车的研发与推广工作。介绍了丰田公司燃料电池系统(TFCS)及燃料电池堆的结构、设计与控制。着重阐述了燃料电池系统的1项核心技术,即“水管理控制技术”,以及基于燃料电池堆的设计过程与燃料电池堆内部状态的可视化及计测技术。     

具有辅助动力源的燃料电池汽车功率平衡控制算法

建立了包括燃料电池发动机、电机及其控制器、动力蓄电池组在内的燃料电池汽车动力系统的动态数学模型。通过设计线性二次型调节器得到最优控制律;通过构造状态观测器解决状态变量蓄电池开路电压不可测量的问题,从而建立了基于全状态反馈的燃料电池汽车动力控制算法。离线仿真和实车转鼓试验证明,所建立的动力控制算法达到了既定的控制目标,并且充分考虑了动力系统主要部件的动力性和经济性。     

氢燃料电池汽车整车集成式热管理系统研究

有效的热管理对于燃料电池汽车（fuel cell vehicles,FCV）的高效运行至关重要。燃料电池汽车热管理多采用各子系统独立管理方式，然而这种独立的方式并不能很好地利用自身余热从而提高热管理效率和续航里程。对此，本文开发了一种利用燃料电池余热的整车集成式热管理（vehicle integrated thermal management,VITM）系统，采用热交换器进行一体化的VITM，实现燃料电池的余热回收和各部件高效的热管理，通过六通阀的集成设计实现各回路解耦的灵活管理。并在AMESim仿真平台上开展热管理的仿真研究。结果表明：本文开发的VITM系统能保持燃料电池汽车各部件稳定维持在规定的工作温度范围内；在-10℃的环境温度下，利用燃料电池余热作为热源的热泵空调给动力电池加热，与直接加热模式相比，加热时间缩短55%；给乘员舱加热的时间缩短85%，且能耗比（coefficient of performance,COP）值为4，能耗降低75%。     

氢燃料电池汽车试验体系研究

为了建立氢燃料电池汽车试验验证体系,通过分析氢燃料电池汽车的系统构型、燃料电池发动机系统、车载氢系统技术特点,提出了零部件、系统和整车级试项目,初步构建起燃料电池汽车的试验验证体系,从动力经济性、整车安全、热管理、电子电器、振动与噪声、可靠耐久维度进行分析,梳理出燃料电池汽车试验货架1 618项,其中系统及零部件1330项,整车级288项,针对重点试验项目进行详细阐述。结果表明氢燃料电池汽车试验验证体系对项目开发验证有较强的指导意义。     

基于模糊逻辑控制的燃料电池汽车能量管理控制策略研究

针对燃料电池汽车频繁过度放电导致其使用寿命缩短、需求模组功率过高急剧增加经济成本的问题,以燃料电池汽车结合动力电池模组的方式,提出了基于微小变量模糊逻辑控制的燃料电池补偿动力电池放电的能量管理控制策略模型。通过对ADVISOR进行二次开发优化,仿真验证了所制定的电-电混动模型能量管理控制策略的合理性,保证了整车的动力性和经济性,又以汽车结束行驶时系统总的能量利用效率为优化目标对其进行了优化,结果表明基于微小变量模糊逻辑控制的电-电混动新能源汽车动力性满足要求,经济性得以提高。     

燃料电池汽车研究现状与动力总成方案解析

<正>随着经济的不断发展,全球汽车保有量不断增加,燃料电池汽车以其清洁、高效等特性逐渐成为公认的未来最有前途新能源汽车。首先,本文以质子交换膜燃料电池为例,简要介绍了燃料电池的工作原理和组成材料;其次,对国内外燃料电池汽车研究现状简要概述,中国计划到2020年实现燃料电池汽车批量生产和规模化示范应用;最后,对燃料电池汽车动力总成方案进行了初步解析,结果表明燃料电池加蓄电池的动力配置方案是未来的发展趋势。     

燃料电池客车动力系统结构分析

人们对环境、能源问题的日益关注，要求汽车企业设计清洁环保的汽车。20世纪90年代以来，燃料电池汽车一直是汽车研究的热点，而燃料电池客车将最有可能在公交客车领域率先实现商业化。本文首先介绍世界和中国燃料电池客车发展状况，分析燃料电池、蓄电池和超级电容3种动力源的特性，然后对不同动力结构燃料电池客车进行对比，最后介绍新型FC B C动力结构燃料电池客车，并提出该车能量分配的思路。     

事件

国外新能源汽车政策动态 德国：启动氢和燃料电池全球计划 近年来,德国采取了提高柴油动力传统系统,使用生物燃料和推广氢动力以及燃料电池汽车等方法。争取能在2012年,每一辆汽车、每一辆轿车、每一公里二氧化碳的排放应该少于130克。目前。德国已经投入了14亿欧元,着手启动氢和燃料电池的全球计划。     

车用燃料电池发动机NVH试验方法分析

燃料电池发动机作为燃料电池汽车的动力核心,在运行过程中需要空压机高速旋转和氢气子循环系统工作保证燃料电池堆持续发电。文章基于简易噪声测试和半消声室噪声测试方法,介绍了两种测试燃料电池发动机工作时噪声、振动与声振粗糙度（NVH）性能的试验方法,为现阶段行业内针对燃料电池发动机的NVH试验方法提供借鉴。     

面向耐久性提升的车用燃料电池系统电控技术研究进展

车用燃料电池系统耐久性是制约燃料电池汽车发展的技术瓶颈之一。汽车运行工况复杂多变,燃料电池系统内部温度、湿度、压力等运行参数控制难度较大,且处理不当会加剧电堆寿命衰减。本文立足于车用燃料电池系统电控技术,分析了不同的运行工况和运行参数的波动对燃料电池性能衰退的影响,并对燃料电池系统组成、结构、控制器硬件、控制目标和常用管控策略等进行了介绍。总结出,通过功率调节与车载储能装置进行能量分配和功率控制,并结合基于模型的燃料电池系统控制方法可更好地实现温度、湿度、压力等运行参数的管控,保证燃料电池处于合适工作条件,延长使用寿命。最后,展望了车用燃料电池系统电控技术的发展趋势。     

燃料电池汽车氢安全的研究与设计

从燃料电池汽车氢安全的角度对氢气的特性进行分析,研究了车载氢系统、燃料电池系统以及氢管理系统的安全设计,为燃料电池汽车氢安全的设计提供了理论与实际参考。     

国内燃料电池电堆技术进展综述

国际氢能与燃料电池汽车大会是国内燃料电池行业举办的国际一流的年度行业盛会,聚集全世界氢能与燃料电池技术的开发者、燃料电池汽车制造商、氢能燃料电池领域投资者和政府政策的制定者,携手促进氢能及燃料电池汽车的商业化发展。本文以第四届氢能与燃料电池汽车大会内容为基础,结合目前行业发展现状对国内燃料电池电堆、膜电极以及双极板的技术进展和发展趋势进行了简要阐述。