燃料電池-蓄電池混合動(dòng)力系統(tǒng)參數(shù)匹配分析案例目錄TOC\o"1-3"\h\u10069燃料電池-蓄電池混合動(dòng)力系統(tǒng)參數(shù)匹配分析案例 1219861.1驅(qū)動(dòng)電機(jī)參數(shù)匹配 4133731.2燃料電池參數(shù)匹配 6233821.3蓄電池參數(shù)匹配 7本論文結(jié)合已選車(chē)型沃爾沃XC60的整車(chē)參數(shù)，設(shè)計(jì)燃料電池/蓄電池SUV混合動(dòng)力系統(tǒng)的各個(gè)部件，通過(guò)計(jì)算匹配燃料電池、蓄電池及驅(qū)動(dòng)電機(jī)參數(shù)。已選車(chē)型的整車(chē)結(jié)構(gòu)參數(shù)如表3-1所示，性能設(shè)計(jì)指標(biāo)如表3-2所示。表3-1整車(chē)性能參數(shù)參數(shù)數(shù)值整備質(zhì)量1880滿(mǎn)載質(zhì)量2430迎風(fēng)面積2.6車(chē)輪半徑0.36風(fēng)阻系數(shù)0.32傳動(dòng)效率0.95旋轉(zhuǎn)質(zhì)量換算系數(shù)1.142主減速器傳動(dòng)比6.4整車(chē)尺寸（長(zhǎng)寬高）468819021658表3-2整車(chē)性能設(shè)計(jì)指標(biāo)參數(shù)數(shù)值最高車(chē)速（滿(mǎn)載）150最大爬坡度（滿(mǎn)載，恒定速度15）30%0~100加速時(shí)間（滿(mǎn)載）18s僅蓄電池工作時(shí)的續(xù)駛里程（放電容量80%）速度為60時(shí)，行駛120在《汽車(chē)動(dòng)力學(xué)》中對(duì)于乘用車(chē)在良好路面上的滾動(dòng)阻力系數(shù)給出了以下公式：式中為車(chē)輛行駛車(chē)速，、、為滾動(dòng)阻力系數(shù)值，取值見(jiàn)表3-3（表中只列出SR輪胎等級(jí)的滾動(dòng)阻力系數(shù)）表3-3SR輪胎等級(jí)滾動(dòng)阻力系數(shù)值取值范圍系數(shù)值SR0.0072~0.0120以上0.00025~0.002800.00065~0.002以上本文選取為0.008，為0.0015，為0.0008，由經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算出0~180km/h所對(duì)應(yīng)的滾動(dòng)阻力系數(shù)，如表3-4所示表3-4不同車(chē)速下的滾動(dòng)阻力系數(shù)車(chē)速滾動(dòng)阻力系數(shù)150.0082300.0085450.0087600.009750.0094900.00991050.01051200.01151350.01271500.01431650.01641800.0191由表3-4得到滾動(dòng)阻力系數(shù)隨車(chē)速變化的曲線(xiàn)，如圖3-1所示圖3-1車(chē)輛在水平道路上行駛過(guò)程中需要克服滾動(dòng)阻力、空氣阻力、坡度阻力和加速阻力，汽車(chē)行駛的總阻力為式中為滾動(dòng)阻力，為空氣阻力，為坡度阻力，為加速阻力。滾動(dòng)阻力空氣阻力坡度阻力加速阻力1.1驅(qū)動(dòng)電機(jī)參數(shù)匹配驅(qū)動(dòng)電機(jī)功率的計(jì)算滿(mǎn)足最高車(chē)速行駛時(shí)的電機(jī)功率式中為SUV的最高行駛車(chē)速，為機(jī)械傳動(dòng)效率，取值為0.95，g為重力加速度通常取9.8m/s2。汽車(chē)以恒定的車(chē)速15km/h爬坡，滿(mǎn)足最大爬坡度要求的電機(jī)功率式中：，為SUV乘用車(chē)爬30%的坡時(shí)的恒定車(chē)速，取值為15km/h。滿(mǎn)足0~100km/h加速時(shí)間要求的電機(jī)功率式中為加速時(shí)間，為車(chē)輛加速的末速度，取值為100km/h。綜上，驅(qū)動(dòng)電機(jī)的峰值功率應(yīng)同時(shí)滿(mǎn)足燃料電池SUV車(chē)最高車(chē)速、最大爬坡度、加速時(shí)間的要求，故驅(qū)動(dòng)電機(jī)的峰值功率應(yīng)滿(mǎn)足考慮到系統(tǒng)之間的功率損耗，取75Kw。驅(qū)動(dòng)電機(jī)的額定功率為式中的為驅(qū)動(dòng)電機(jī)的過(guò)載系數(shù)，取值為2.5，則30kW。（2）驅(qū)動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)速的計(jì)算驅(qū)動(dòng)電機(jī)的最大轉(zhuǎn)速式中為最高車(chē)速取值為150km/h。將整車(chē)參數(shù)代入求出?？紤]到驅(qū)動(dòng)電機(jī)自身?yè)p耗可取7080r/min。驅(qū)動(dòng)電機(jī)的額定轉(zhuǎn)速為式中為驅(qū)動(dòng)電機(jī)的額定轉(zhuǎn)速，為驅(qū)動(dòng)電機(jī)基速比，取值為4，代入整車(chē)參數(shù)求出1770r/min。驅(qū)動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)速的計(jì)算電機(jī)的最大轉(zhuǎn)矩應(yīng)能使SUV爬最大坡度的坡，即電機(jī)最大轉(zhuǎn)矩應(yīng)滿(mǎn)足此時(shí)，車(chē)速為15km/h，將整車(chē)參數(shù)帶入求出416.77N·m，考慮行駛時(shí)的實(shí)際損耗，選取最大轉(zhuǎn)矩為420N·m。驅(qū)動(dòng)電機(jī)的額定轉(zhuǎn)矩為式中取值為2.5，故驅(qū)動(dòng)電機(jī)的額定轉(zhuǎn)矩為168N·m。驅(qū)動(dòng)電機(jī)的額定功率為由1700r/min和170N·m計(jì)算得到31.51kW，綜合考慮前面得到的30kW，確定31.51kW。最后確定驅(qū)動(dòng)電機(jī)的設(shè)計(jì)參數(shù)如表3-3所示表3-3驅(qū)動(dòng)電機(jī)的設(shè)計(jì)參數(shù)參數(shù)數(shù)值額定功率31.51kW額定轉(zhuǎn)速1770r/min額定轉(zhuǎn)矩170N·m峰值功率78.77kW峰值轉(zhuǎn)速7080r/min峰值轉(zhuǎn)矩425N·m選取驅(qū)動(dòng)電機(jī)參數(shù)如下表3-4所示表3-4電機(jī)基本參數(shù)參數(shù)數(shù)值額定電壓380V額定功率31.14kW額定轉(zhuǎn)速1770r/min電機(jī)效率0.91.2燃料電池參數(shù)匹配燃料電池是燃料電池車(chē)的核心能源，在燃料電池-蓄電池混合動(dòng)力系統(tǒng)中扮演了重要的角色。在車(chē)輛正常行駛時(shí)，燃料電池提供給車(chē)輛平均行駛需求功率，而在車(chē)輛加速和爬坡時(shí)，則由蓄電池輔助提供功率。在對(duì)燃料電池進(jìn)行選型時(shí)，注意燃料電池功率既不能偏大也不能偏小，否則會(huì)出現(xiàn)成本的增加和無(wú)法滿(mǎn)足功率需求的情況。要保證燃料電池功率合適，避免選型時(shí)對(duì)蓄電池所供給功率要求過(guò)高，得以彰顯燃料電池的節(jié)能優(yōu)勢(shì)。通過(guò)上述的分析，在實(shí)際設(shè)計(jì)過(guò)程中，燃料電池單獨(dú)使用時(shí)應(yīng)能滿(mǎn)足最高車(chē)速下恒定行駛的功率需求，故燃料電池最高車(chē)速行駛時(shí)功率為式中為電機(jī)的效率，取0.9。將數(shù)據(jù)帶入到公式中，得到，再對(duì)參數(shù)進(jìn)行取整，，選取輸出功率為35kW的質(zhì)子交換膜燃料電池。1.3蓄電池參數(shù)匹配車(chē)輛在運(yùn)行時(shí)，由蓄電池組輸出電能給驅(qū)動(dòng)電機(jī)，蓄電池在本文電電混合系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)中。在本文中，驅(qū)動(dòng)電機(jī)額定電壓設(shè)置為380V，故蓄電池組的額定電壓也為380V。根據(jù)整車(chē)性能設(shè)計(jì)目標(biāo)，燃料電池-蓄電池乘用車(chē)在城市道路上以勻速行駛時(shí)，蓄電池的負(fù)載功率為式中為M1類(lèi)車(chē)型僅蓄電池工作下測(cè)試?yán)m(xù)駛里程的規(guī)定車(chē)速，取值為60km/h。蓄電池以的速度，行駛距離為S時(shí)，所消耗的能量為式中S為續(xù)駛里程，取值為120km。考慮在實(shí)際選擇蓄電池時(shí)，蓄電池所能放出的能量應(yīng)該高于消耗的能量，所以有蓄電池組在一定放電深度下的釋放的能量為式中為蓄電池組的額定電壓，為蓄電池組的有效放電容量（80%），為蓄電池組的總模塊容量。將公式變形，得到，為了保證蓄電池提供的功率滿(mǎn)足電機(jī)需求功率，故有模塊C為45.66A·h，圓整為48A·h。選取磷酸鐵鋰動(dòng)力蓄電池，參數(shù)如表3-6所示表3-6磷酸鐵鋰動(dòng)力蓄電池基本參數(shù)參數(shù)數(shù)值單體標(biāo)稱(chēng)電壓1.2v單體額定容量4.8A·h設(shè)定串聯(lián)電池單體的數(shù)量為，并聯(lián)單體電池的數(shù)量為。由于電機(jī)的額定電壓為380v，得到公式由于模塊總?cè)萘繛?8A·h，得到公式根據(jù)公式可得，由此確定動(dòng)力電池組參數(shù)，見(jiàn)表3-