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FCV动力系统设计与功率分配分析

2019/10/16 9:54:091515

在整个FCV动力系统的设计开发中，系统的动力源一般采用动力蓄电池和FC双电源组合、若动力源过度依赖FC系统，则整车成本高，性能会受限，不利于大量利用，但通过合理布置DC/DC转换器的位置可以实现FC功率利用的最优化。

(a)FC系统为主要电源 (b)FC系统与DC/DC变换器为主要电源 图中(a)、(b)的区别在于电源变换器的放置位置不同。假设FC系统FCS的功率为l，动力蓄电池Battery的功率为其1/n(n为自然数)，DC/DC或双向BDC电源变换器的效率为x。通过功率分析的途径分析得出DC/DC配置在小功率电源侧的动力系统结构具有较高的电源效率。假设图l中FC系统的功率为Pa(t)，蓄电池的功率为Pb(t)。动力系统输出驱动功率时，上图(a)、(b)的电源功率总和(负载输入)分别为：

不同布置形式下系统的效率与效率差值比较 一般情况下，DC/DC变换器的效率大约在90％-98％，则效率差值大于0，说明图(a)(DC／DC配置在小功率电源侧的动力系统结构)的电源变换效率比图(b)高，结构中两种电源功率分配差别的增大也更明显。且随着DC/DC效率值的下降，两者的效率差值也将增加。尽管通过优化配置DC/DC提高了系统效率，但整个系统仍然是以FC系统功率为主，致使整个系统的总成本提高。同时，蓄电池的容量和功率虽小，但车辆对蓄电池的充放电倍率要求反而增大，在回收回馈能量时容易造成蓄电池充电电流过大，造成蓄电池的损耗，减少蓄电池的使用寿命。总之，以FC和DC/DC作为主要电源系统，从结构、成本分析，不利于FCV动力系统成本的降低、延长使用寿命和提高运行效率。因此在系统的设计中，应考虑增大蓄电池的功率，降低FC的功率。将FC作为电动车的增程模块，这样就充分利用了蓄电池功率密度高，FC能量密度高的特点，即将FCV设计成插电式FC汽车，这样既改善了汽车的动力性，同时利用FC的增程模式可以大幅度提高电动车的续驶里程。