燃料电池电动汽车驱动系统建模与仿真

燃料电池电动汽车(FCEV，Fuel Cell Electric Vehicle)以燃料电池作为动力源，通过电极反应将燃料的化学能转变为电能，由电能驱动电机使车辆运行。 燃料电池的最大特点就是反应过程不涉及燃烧和热机做功，因此能量转换效率不受“卡诺循环”限制，其效率高达60％～70％，实际使用效率则是普通内燃机的2倍左右。由于燃料电池电极反应的产物只有水，兼备无污染、高效率、低噪声及具有模块化结构等特点，因此燃料电池电动汽车被公认为是21世纪替代内燃机汽车的最理想的交通工具。 本文主要以某单位自主研发的燃料电池电动汽车为基础，从理论上建立整车驱动系统的仿真模型，通过ADVISOR仿真平台来验证其工作可靠性和稳定性。燃料电池作为动力源，其工作的稳定性对整车的性能影响较大，而其内部热平衡是影响燃料电池输出特性的一个重要因素。电极反应将燃料的化学能转变为电能过程中会产生较大热量，能否及时排除并加以利用这些热是燃料电池内部热管理的核心问题。鉴于此，本文重点分析了燃料电池内部热管理机理，结合燃料电池的物理结构建立其仿真模型。 文章对几种燃料电池电动汽车基本结构及其子系统匹配问题进行逐一分析，确定一种燃料电池电动汽车驱动系统基本结构，并选定驱动模式。详细介绍了燃料电池的内部结构及其子系统工作机理，重点介绍其热管理数学模型。并对燃料电池电动汽车驱动系统主要部件包括储能系统、DC／DC变换器、电机和部分控制器的工作原理及建模过程作了简要介绍。最后，在ADVISOR仿真平台上对整车进行性能仿真，得到了较为详细的驱动系统运行情况的仿真结果，通过仿真结果的分析提出下一步建立整车优化模型的改进设想。