燃料電池汽車整車控制的案例
燃料電池汽車整車控制策略設(shè)計(jì)
1引言
質(zhì)子交換膜燃料電池被認(rèn)為是車用燃料電池的最佳選擇。但如果燃料電池汽車只有燃料電池一個(gè)動(dòng)力源，就會(huì)有成本高、動(dòng)態(tài)性能差和不能進(jìn)行制動(dòng)能量回收等缺點(diǎn)。所以，目前的燃料電池汽車主要采用混合驅(qū)動(dòng)模式，即在具有燃料電池的基礎(chǔ)上，增加蓄電池或者超級(jí)電容作為輔助動(dòng)力源。
多動(dòng)力源系統(tǒng)的能量管理策略是整車控制的核心，如何協(xié)調(diào)燃料電池和其它電源之間的供能是燃料電池汽車開發(fā)中必須解決的問題。
2燃料電池汽車的結(jié)構(gòu)
本文研究對(duì)象為燃料電池卡車，其結(jié)構(gòu)如圖1。
本車主要由動(dòng)力電池、BMS、燃料電池及DCF，多合一控制器，電機(jī)等組成。動(dòng)力電池由電池模組、銅排、箱體、高壓線束、低壓線束、MSD、BDU及電池管理系統(tǒng)等組成，主要作用為新能源車提供電能的吸收、存儲(chǔ)和供應(yīng)，BMS具有對(duì)電池電壓、電流和溫度等參數(shù)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)功能，實(shí)現(xiàn)高壓安全管理、電池狀態(tài)估算、均衡管理、充放電管理、故障診斷和警示等功能，避免電池過充、過放，延長(zhǎng)電池壽命；本系統(tǒng)采用48Ah電芯，系統(tǒng)成組1并152串，額定電壓554.8V，額定電量26.3kWh。
電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)由永磁同步電機(jī)和電機(jī)控制器組成，電機(jī)主要作用是將電能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能，為車輛提供驅(qū)動(dòng)力，電機(jī)控制器主要作用是控制電機(jī)輸出轉(zhuǎn)速和扭矩；電機(jī)布置于車輛中部，縱置形式，電機(jī)控制器布置于駕駛室下方，采用高壓平臺(tái)，具有轉(zhuǎn)矩閉環(huán)控制、轉(zhuǎn)速控制、主/被動(dòng)放電、轉(zhuǎn)矩能力反饋、降額輸出、能量回收、高壓互鎖、快斷接插件、電位均衡、診斷及容錯(cuò)控制等功能。
氫系統(tǒng)主要由儲(chǔ)氫、加注、供氫、排空等部件組成，其主要功能是為燃料電池系統(tǒng)提供具有穩(wěn)定壓力的氫氣。
儲(chǔ)氫功能：主要由氫瓶、瓶閥組成，用于保證氫氣的儲(chǔ)存安全。
加注功能：由加注受氣頭、單向閥及管路組成了氫加注系統(tǒng)。
展開 41家中國(guó)整車企業(yè)布局研發(fā)燃料電池汽車
在2018氫能及燃料電池產(chǎn)業(yè)年度發(fā)展論壇會(huì)上，業(yè)內(nèi)人士分析稱：“零排放、支持大載重、長(zhǎng)續(xù)航里程、燃料補(bǔ)給快”等優(yōu)勢(shì)特性的氫燃料電池汽車正在成為新能源汽車產(chǎn)業(yè)化發(fā)展的重要分支。越來越多中國(guó)企業(yè)正在加入燃料電池行業(yè)，包括41家中國(guó)整車企業(yè)，還有汽車零部件企業(yè)、產(chǎn)業(yè)資本等相繼在氫能及燃料電池產(chǎn)業(yè)加碼。
據(jù)悉氫燃料電池汽車已在上海、鄭州、張家口、佛山、云浮、十堰等多地實(shí)現(xiàn)商業(yè)化運(yùn)營(yíng)。僅2018年氫燃料電池產(chǎn)業(yè)相關(guān)投資及規(guī)劃資金超過850億人民幣。不過目前燃料電池汽車行業(yè)發(fā)展仍然面臨的一些瓶頸。包括某些核心材料和關(guān)鍵部件如質(zhì)子交換膜、高速電機(jī)還依賴進(jìn)口；氫氣的生產(chǎn)、運(yùn)輸、儲(chǔ)存和分配在國(guó)家層面仍然沒有清晰落地的規(guī)劃藍(lán)圖，加氫站布局以及氫氣使用成本仍然較高等等。
中國(guó)汽車技術(shù)研究中心首席專家方海峰表示，國(guó)務(wù)院已制定了一系列支持氫能及燃料電池汽車發(fā)展的戰(zhàn)略規(guī)劃，相關(guān)部門也出臺(tái)政策大力推動(dòng)發(fā)展。規(guī)劃提出到2025年要實(shí)現(xiàn)5萬輛的推廣規(guī)模，到2030年要達(dá)到100萬輛的大規(guī)模推廣應(yīng)用。目前燃料電池汽車產(chǎn)業(yè)鏈體系已經(jīng)初步建立，市場(chǎng)化步伐正在加快，2017年燃料電池汽車產(chǎn)量達(dá)到1275輛，同比增長(zhǎng)了103%；2018年1-11月產(chǎn)量是465輛，但預(yù)計(jì)12月份還有大規(guī)模上量。
來源：新華網(wǎng)
展開 新能源汽車講解丨燃料電池與車用燃料電池(PEMFC)
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燃料電池控制技術(shù)介紹
來
源： 網(wǎng)絡(luò)
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氫燃料電池汽車相比傳統(tǒng)鋰電池電動(dòng)車，有哪些優(yōu)劣勢(shì)？
我覺得，氫燃料汽車（FCV）將會(huì)是汽車動(dòng)力，甚至小型動(dòng)力單元（發(fā)電機(jī)）的最終形態(tài)
為什么不是電池汽車？因?yàn)?em>電池即便有一天解決了價(jià)格、壽命等問題
但是充電時(shí)間長(zhǎng)、對(duì)電網(wǎng)沖擊太大是永遠(yuǎn)解決不了的
一輛只能跑400公里的特斯拉，即便用最快的充電方式也要75分鐘才能充滿，這種極快的充電方式不僅對(duì)電池極其有害會(huì)縮短壽命，需要的電流更高達(dá)192A（前40分鐘用192A充滿80%，后35分鐘需要低電流涵養(yǎng)電池）
這種極為夸張的充電電流是不可能大規(guī)模普及的，因?yàn)橐慌_(tái)特斯拉極速充電模式的192A相當(dāng)于家用40臺(tái)壁掛式空調(diào)！如果電動(dòng)汽車大規(guī)模普及，不僅現(xiàn)有發(fā)電規(guī)模翻幾十倍都跟隨不上，更讓現(xiàn)有的電網(wǎng)規(guī)模瞬間崩潰，我們屋外所有的輸電線都要更換，這可能嗎？想想我們能在夏天同一時(shí)間開空調(diào)都為之奮斗了幾十年，比空調(diào)大幾十倍的電動(dòng)車會(huì)怎樣？
或許，你說這是可能，但是！想想逢年過節(jié)的高速路排長(zhǎng)隊(duì)加油的汽車，每次耗時(shí)5分鐘都滿滿的長(zhǎng)隊(duì)，如果大家都用電動(dòng)汽車會(huì)是什么樣的景象？
當(dāng)然，有人會(huì)說，我們有電容呀，搞上電容峰谷分時(shí)用電就行了，但是純電汽車所依靠的能源還是存在轉(zhuǎn)化效率低、能耗損失大的問題。
從發(fā)電廠、到輸電線、變電器、到最后用戶，其實(shí)純電汽車效率真不高。
展開 新能源汽車講解丨燃料電池汽車結(jié)構(gòu)及工作原理
新能源汽車講解丨燃料電池汽車結(jié)構(gòu)及工作原理
新能源汽車講解丨燃料電池汽車結(jié)構(gòu)及工作原理
新能源汽車講解丨燃料電池汽車結(jié)構(gòu)及工作原理
全球燃料電池汽車的情況
之前我有接到一個(gè)任務(wù)是跟蹤燃料電池最近的進(jìn)展，我其實(shí)個(gè)人對(duì)于燃料電池汽車在短期內(nèi)的發(fā)展還是持比較悲觀的態(tài)度。目前車企里面，比較堅(jiān)決還在搞這個(gè)領(lǐng)域的第一梯隊(duì)主要有豐田（BMW是跟著合作）、現(xiàn)代，第二梯隊(duì)本田&通用聯(lián)盟，Stellantis也在今年發(fā)布了一個(gè)燃料電池的技術(shù)發(fā)布。
第一部分 全球Q1燃料電池汽車的增量情況
根據(jù)SNE的數(shù)據(jù)來看，2021年第一季度全球氫能汽車銷量同比增長(zhǎng)89.2％，接近4,000輛。隨著豐田Mirai FCV第二代燃料電池車型的推出，豐田在第一季度售出2000臺(tái)，超過了現(xiàn)代汽車Nexo FCV的1800輛，本田的Clarity FCV的100+臺(tái)，這乘用車三兄弟就是全球4000臺(tái)的總量。
備注：SAE里面豐田的工程師把第二代Mirai FCV的各方面特性都描述的很清楚，等我整理完做一個(gè)梳理
圖1 全球乘用車燃料電池汽車的情況
圖2 第二代Mirai FCV
但是國(guó)內(nèi)燃料電池汽車今年處在一個(gè)低估，全國(guó)第一季度產(chǎn)銷分別為104輛和150輛，同比分別下降43.2%和27.6%。其實(shí)從2020年來看，疫情對(duì)燃料電池汽車的需求還是有很大的打擊，也側(cè)面反映出來當(dāng)前燃料電池車輛的需求階段。和純電動(dòng)開始獲得私人消費(fèi)的支撐，燃料電池這個(gè)階段主要是依靠2B的需求，也就是圍繞構(gòu)建燃料電池產(chǎn)業(yè)集群的地方所買單的（京滬粵冀豫等燃料電池汽車示范應(yīng)用城市）。
展開 燃料電池汽車的關(guān)鍵技術(shù)
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[國(guó)產(chǎn)PLC]耐特節(jié)省能耗PLC在氫氣燃料電池項(xiàng)目運(yùn)用中的控制特點(diǎn)
一、項(xiàng)目介紹
1、項(xiàng)目工藝介紹
氫燃料電源系統(tǒng)是在主供電網(wǎng)不穩(wěn)定，甚至完全沒有市電的情況下給需要用電的電信設(shè)備提供穩(wěn)定，可靠，具有實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)功能的不間斷電源系統(tǒng)。在通常情況下，這個(gè)氫燃料（備用）電源系統(tǒng)是一個(gè)根據(jù)用戶不同需要和不同應(yīng)用而專門設(shè)計(jì)和配置的一個(gè)完善的解決方案。
2、項(xiàng)目應(yīng)用的產(chǎn)品
二、控制系統(tǒng)的構(gòu)成
1、系統(tǒng)硬件的構(gòu)成
本系統(tǒng)由控制器耐特PLC，耐特模擬量擴(kuò)展模塊，和EM235 CN 4AI1AO，以及各種測(cè)量?jī)x表構(gòu)成。
基本原理：各測(cè)量?jī)x表將采集的信號(hào)傳給模擬量擴(kuò)展模塊，轉(zhuǎn)換成數(shù)字量后，再給PLC，從而做出相應(yīng)的輸出動(dòng)作，同時(shí)將異常告警信號(hào)通過G-BOX發(fā)信息給工作人員。
系統(tǒng)的幾種情況
a.燃料電池待機(jī)狀態(tài)（有市電時(shí)）
條件：有市電220V或380V，此時(shí)市電作為主供電（缺兩相，或者三相為市電缺失情況）系統(tǒng)控制操作：優(yōu)先切換到市電回路上，保證市電為負(fù)載正常供電，并關(guān)閉相關(guān)燃料電池系統(tǒng)。
燃料電池預(yù)啟動(dòng)（有市電時(shí)→無市電的瞬間）
條件：市電不穩(wěn)或者沒有市電時(shí)系統(tǒng)控制操作：切斷市電回路，啟動(dòng)燃料電池系統(tǒng)。
燃料電池運(yùn)行狀態(tài)（燃料電池正常工作，此時(shí)無市電）
條件：市電回路切換、燃料電池此時(shí)作為主供電源系統(tǒng)控制操作：循環(huán)掃描A類，B類，C類，D類信號(hào)，發(fā)手機(jī)短信。
燃料電池預(yù)關(guān)閉狀態(tài)（無市電→有市電的一瞬間）。
條件：市電來電時(shí)系統(tǒng)控制操作：關(guān)閉燃料電池系統(tǒng)、恢復(fù)市電供電電路。
展開 【討論】未來的新能源汽車究竟是純電動(dòng)、混合動(dòng)力還是燃料電池汽車的天下？
混合動(dòng)力，純電動(dòng)（Battery Electric Vehicle），燃料電池（Fuel Cell Vehicle），這幾種新能源汽車技術(shù)，到底哪一個(gè)會(huì)成為未來的主流，絕不僅僅是哪一個(gè)是最適合的汽車技術(shù)那么簡(jiǎn)單。這個(gè)問題牽扯到配套基礎(chǔ)設(shè)施的技術(shù)，各主要市場(chǎng)政府的政策，能源開發(fā)冶煉的技術(shù)，核電的未來前景，民眾對(duì)核電的態(tài)度，電網(wǎng)的發(fā)展，自動(dòng)駕駛技術(shù)的發(fā)展，電池的技術(shù)，新的化石能源的發(fā)現(xiàn)，甚至是國(guó)際政治的走向等等諸多問題，變數(shù)實(shí)在太多，到底誰能勝出，即便是做新能源政策研究這行的大牛，基本也都無法給出確定答案。
燃料電池汽車追尾碰撞模擬分析
王宏雁 范益丞 (同濟(jì)大學(xué))
【摘要】 普通汽車對(duì)追尾碰撞一般沒有非常高的安全性要求。但是,由于燃料電池汽車后部裝有安全性要求相當(dāng)高的氫氣瓶和控制系統(tǒng),因此,燃料電池車追尾碰撞時(shí)的安全性研究就顯得非常重要。文章通過對(duì)國(guó)內(nèi)自主開發(fā)的某燃料電池汽車進(jìn)行了追尾碰撞虛擬試驗(yàn)分析,為燃料電池汽車車身的開發(fā)提供參考依據(jù)。
【主題詞】 安全性 燃料電池 汽車 模擬試驗(yàn)
1 引言
燃料電池汽車開發(fā)時(shí),除了要考慮常規(guī)汽車的安全性外,還需考慮燃料電池汽車本身特有的安全性要求。尤其在行李箱內(nèi)裝有氫氣瓶和控制系統(tǒng)的情況下,對(duì)燃料電池汽車追尾碰撞安全性的研究顯得極其重要。如何預(yù)防并保證燃料電池汽車在發(fā)生追尾碰撞時(shí),不會(huì)導(dǎo)致其氫氣的泄漏、控制系統(tǒng)的失效,以及電路起火,這些都是在燃料電池汽車開發(fā)過程中必須考慮的安全性問題。
2 追尾碰撞整車模型的建立
2.1 幾何建模
本文研究的燃料電池車的車身是在原型車承載式結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上改型的,由于蓄電池組、燃料電池、氫氣瓶等零部件體積較大、質(zhì)量較重,如果直接安放在承載式車身上,可能會(huì)造成車身負(fù)荷過大,而且在發(fā)生碰撞事故時(shí)會(huì)影響乘員的生存空間。所以,在總布置設(shè)計(jì)時(shí)引入了一個(gè)車架,用它來支撐燃料電池部件,并且提升了原型車中的地板,從而彌補(bǔ)了一部分由于引入車架而減小的離地間隙。燃料電池模塊主要部件有電機(jī)及其控制元件、蓄電池組、燃料電池、氫氣瓶和燃料電池控制系統(tǒng)。它們的安裝都是圍繞車架而設(shè)計(jì)構(gòu)思的。
2.2 有限元模型的建立
2.2.1 網(wǎng)格劃分
本文采用Hypermesh軟件劃分有限元網(wǎng)格,并在Pam-Crash軟件中進(jìn)行定義和計(jì)算。由于轎車的白車身主要由鈑金件沖壓而成,因此采用了四邊形和三角形殼單元對(duì)白車身CAD模型進(jìn)行網(wǎng)格劃分。殼單元在幾何外形和物理特性上都能同鈑金件取得很好的近似。
展開 長(zhǎng)城汽車已進(jìn)入燃料電池汽車四大示范城市群，今年將落地100輛氫能重卡
圖片來源：蓋世汽車
據(jù)了解，長(zhǎng)城汽車在氫能領(lǐng)域已有五年布局，早在2016年6月，XEV項(xiàng)目組（現(xiàn)未勢(shì)能源的前身）正式成立，開啟長(zhǎng)城汽車氫燃料電池核心技術(shù)研發(fā)；2018年6月，長(zhǎng)城建成并運(yùn)行國(guó)內(nèi)首座氫能技術(shù)中心；同年7月，長(zhǎng)城全資控股了上海燃料電池汽車動(dòng)力系統(tǒng)有限公司；2019年4月，長(zhǎng)城汽車成立未勢(shì)能源科技有限公司，專注氫能領(lǐng)域并開啟獨(dú)立市場(chǎng)化運(yùn)營(yíng)；2020年，長(zhǎng)城汽車展示了首款燃料電池樣車，自主研發(fā)的首款70MPa車用高壓瓶閥進(jìn)入量產(chǎn)前的測(cè)試階段。
長(zhǎng)城控股未勢(shì)能源科技有限公司董事長(zhǎng)張?zhí)煊鸨硎荆壳伴L(zhǎng)城汽車已實(shí)現(xiàn)電堆及組件、燃料電池發(fā)電及組件、Ⅳ型儲(chǔ)氫瓶、高壓儲(chǔ)氫閥門、氫安全、液氫工藝共六大核心技術(shù)和產(chǎn)品的知識(shí)產(chǎn)權(quán)完全自主化，此外，長(zhǎng)城汽車已完成綠電、氫+電儲(chǔ)能、燃料電池應(yīng)用等領(lǐng)域布局。
當(dāng)前，全球能源行業(yè)正經(jīng)歷以低碳化、無碳化、低污染為方向的第三次能源變革。氫能作為一種清潔、高效、安全、可持續(xù)的二次能源在交通運(yùn)輸領(lǐng)域加速運(yùn)用。我國(guó)對(duì)燃料電池汽車的發(fā)展也有較為清晰的規(guī)劃。
2020年9月，五部門發(fā)布了《關(guān)于開展燃料電池汽車示范應(yīng)用的通知》，該《通知》明確了支持燃料電池汽車關(guān)鍵核心技術(shù)突破和產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用，提出爭(zhēng)取用4年左右時(shí)間，逐步實(shí)現(xiàn)關(guān)鍵核心技術(shù)突破，構(gòu)建完整的燃料電池汽車產(chǎn)業(yè)鏈，為燃料電池汽車規(guī)模化產(chǎn)業(yè)化發(fā)展奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。
此外，《通知》還提出，將選擇符合條件的城市群，依托燃料電池汽車產(chǎn)業(yè)鏈上優(yōu)秀企業(yè)開展示范應(yīng)用，推動(dòng)產(chǎn)業(yè)持續(xù)健康發(fā)展，構(gòu)建完整產(chǎn)業(yè)鏈。在此背景下，部分城市和汽車企業(yè)都在相繼布局。
根據(jù)此前相關(guān)報(bào)道，首批國(guó)家燃料電池汽車示范城市群名單有望在未來兩到三個(gè)月內(nèi)公布。
展開 燃料電池汽車用空氣壓縮機(jī)電機(jī)
燃料電池汽車用空氣壓縮機(jī)電機(jī)
基于Matlab 的燃料電池汽車動(dòng)力系統(tǒng)仿真
基于Matlab 的燃料電池汽車動(dòng)力系統(tǒng)仿真
高大威，金振華，盧青春
（清華大學(xué)汽車工程系, 北京 100084）
摘 要: 在給出燃料電池汽車動(dòng)力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，基于Matlab 軟件環(huán)境，建立了前向式燃料
電池汽車動(dòng)力系統(tǒng)模型，模型結(jié)構(gòu)和實(shí)際的動(dòng)力系統(tǒng)有著嚴(yán)格的對(duì)應(yīng)關(guān)系，各部分模型采用物理分
析與數(shù)據(jù)處理相結(jié)合的方法建立。按照一定的控制策略和部件物理參數(shù)進(jìn)行了仿真，仿真結(jié)果表明
該模型的有效性和合理性，為燃料電池汽車動(dòng)力系統(tǒng)研究打下了基礎(chǔ)。
關(guān)鍵詞：燃料電池；仿真；Matlab；燃料電池汽車
文章編號(hào)：1004-731X (2005) 08-1899-03 中圖分類號(hào)：TP391.9 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A
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