[3] 魏学哲.燃料电池轿车锂离子动力电池管理系统研究[D].上海：同 济大学，2005.
[4] 马紫峰，章冬云.氢电混合燃料电池汽车动力系统技术[J].电源技 术，2008，32(6)：357-360.
[5] 肖华桥.燃料电池电动汽车动力系统控制策略研究[D].上海：华东 理工大学，2012.
[6] 华南理工大学.一种燃料电池—锂离子电池混合动力系统：中国， 102555765 A[P].2012-07-11.
料电池汽车动力系统的国内外研究进展。
关键词：氢气；燃料电池；锂离子电池；动力系统
中图分类号：ＴＭ ９１１
文献标识码：Ａ
文章编号：１００２－０８７ Ｘ（２０１５）０４－０８５５－０２
Research progress of power system for hydrogen-electric hybrid fuel cell vehicles
[13] 王金龙，王登峰，陈书明. 车用燃料电池效率测试及影响因素[J]. 广西大学学报，2010，35(6)：989-994.
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关系式，通过实验研究得出：当反应气压力较低时，电池的初
始效率也很低。在最大效率点前端，燃料电池效率随反应气压
力的增加而显著增大；在最大效率点之后随着电池输出功率
的增加，反应气体压力对电池效率的影响逐渐减小；反应气压
力对电池的效率影响较显著，电池效率在最大工作功率的
30%以前随功率的增加而快速增大，达到最大效率点以后随着
武汉理工大学与同济大学分别研发出燃料电池与动力蓄 电池混合的“楚天一号”、“超越三号”、“超越二号”、“超越 一号”等氢燃料电池车。
清华大学汽车安全与节能国家重点实验室承担 “燃料电 池城市客车”—国家“863”电动汽车项目，其中混合动力控制 系统是重点研究的核心技术。清华大学选用不同的技术方向 (国产的动力系统是小燃料电池加蓄电池而奔驰公司以燃料电 池做驱动)，开发出“清华 ECU”的功率混合型和能量混合型 动力系统，并且各主要性能指标、整车行驶故障率及制作成本 故障率都优于国际水平[10]。
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综
述
1∶0.7[4,6,9]。
２ 氢燃料电池汽车动力系统技术研究 状况
２．１ 国内氢燃料电池车动力系统的研究现状
上海汽车自主研发“上海牌”燃料电池汽车，采用高功率 燃料电池和动力锂电池联合驱动，储氢系统采用 35 MPa 高压 储氧瓶。由于采用稳定安全的锂电池，荣威 350 电动汽车具备 快充和正常充电功能[10]。
随着全球汽车产业的迅猛发展，环境污染和能源短缺问 题已经成为当今社会的两大突出问题[1]。为寻求人类社会与汽 车产业的可持续发展，燃料电池汽车是公认的可同时解决能 源和环境问题的绿色环保车，也被认为是电动汽车的最终选 择，是今后汽车发展的主要方向之一[2－3]。然而，受储氢系统技 术、成本、寿命和可靠性等诸多因素的制约，使得纯燃料电池 汽车很难真正市场化运行[4]。针对汽车的起动需要输出较大的 功率、瞬态响应特性、燃料电池系统的成本等目前纯燃料电池 汽车需要解决的一系列问题，世界各国汽车制造商开始把注 意力转到燃料电池与其它动力源的混合动力汽车[5]。通常采用 蓄电池(如氢镍、铅酸及锂离子电池等)或者超级电容作为辅助 动力源和燃料电池并联，共同为汽车提供能量。这种混合燃料 电池电动汽车，可使其输出功率有效地降低，及提高了整车的 经济性和动态性。
在该混合动力系统中，燃料电池作为主要动力源，锂离子 动力电池组作为辅助动力源。汽车运行时主要采用燃料电池 系统提供电力；锂离子动力电池主要起调峰、增容、回收能量 的作用。当汽车加速、上坡时，锂离子电池作为辅助电源提供 电力；当汽车下坡、减速时，锂离子电池组回收燃料电池的富 余电能；该混合动力系统还可通过两种电池同时工作的方式， 提高汽车的续航里程和能量容量，其中燃料电池堆的最大可 输出功率与锂离子电池组的最大可输出功率之比为 1∶0.1～
１ 燃料电池 － 锂离子电池混合动力系统
如图 1 所示燃料电池—锂离子电池混合动力系统包括电 机控制系统，由燃料电池、燃料电池监测控制装置、燃料电池 辅助设备组成的燃料电池子系统，由锂离子电池组和锂离子
收稿日期：２０１４－０９－１１ 基金项目：国家科技支撑计划课题（２０１１ＢＡＧ０２Ｂ１０）；江苏高校 优势学科建设工程资助项目；江苏高校科研成果产业化推进工程项目 （ＪＨＢ２０１２－４５）；南 通 市 应 用 研 究 计 划 项 目（ＢＫ２０１４０５２）；南 通 大 学自然科学项目（１４Ｚ００７） 作者简介：倪红军（１９６５—），男，江苏省人，教授，硕士生导师， 主要研究方向为新能源汽车和燃料电池。
能量与比功率，对于燃料电池汽车产业化影响巨大。为提高燃
料电池混合动力系统的能量效率，对燃料电池的控制应根据
其效率变化特性进行优化，并尽量减少附加功率的消耗；同时
应根据功率需求确定燃料电池和动力电池混合动力系统的控
制策略。此外，对动力电池应以小电流充电，驱动电机的控制
应尽量在高效率区工作；同时气体增湿温度和电池温度要确
[10] 孙绪旗.氢燃料电池汽车动力系统设计与建模仿真[D].武汉：武 汉理工大学，2012.
[11] 吕帅帅，汪兴兴，倪红军，等. 电动汽车能量管理系统的功能及 研究进展[J]. 电源技术，2014，38(2)：386-389.
[12] 张春龙，邵丽华，戴未然.光伏与市电联合供电系统的能量管理 控制[J]. 南通大学学报：自然科学版，2012，11(3)：5-10.
[7] 王平，黄小枫.燃料电池汽车混合动力系统参数匹配与优化[J].上 海汽车，2010(3)：7-11.
[8] 辛乃龙.纯电动汽车锂离子动力电池组热特性分析及仿真研究 [D].吉林：吉林大学，2012.
[9] 虞铭，翁正新.燃料电池汽车动力系统选型设计[J].科技信息， 2011(10)：106-107.
２．２ 国外氢燃料电池车动力系统的研究现状
GJ.Offer. D.Howey 等分析对比了氢燃料电池汽车、混合 动力汽车、纯电动汽车三种新能源汽车的发展潜力。作者通过 基 础 设 施 和 技 术 的 要 求 定 性 比 较 ，以 及 动 力 系 统 在 超 过 160 900 km 的生命周期成本占资本及燃料成本的定量比较中 得出：氢燃料电池混合动力汽车未来研究发展的方向将比纯 电动汽车及燃料电池汽车具有更高的效率。
的特征将会对动力系统的燃料经济性产生影响。同时他们还
得出当燃料电池的功率在 55～75 kW 之间时，动力系统的经
济性最优。
３ 车用燃料电池动力系统能源效率的
影响因素
以国产某 500 W 氢 / 空燃料电池为核心构建了燃料电池
效率测试平台系统[12-13]，根据燃料电池工作原理及测试平台的
性质，建立了燃料电池效率与电池功率及反应气流量之间的
Jennifer Bauman 通过在 MATLAB/Simulink 环境下建立 DC/DC 转换器的模型、燃料电池系统模型、动力电池系统模 型、超级电容模型，使燃料电池—动力电池—超级电容、燃料 电池—动力电池三种动力系统的功率、能量、效率及耐久性在 最优的情形下进行参数研究。通过研究指出，燃料电池—动力 电池混合动力汽车具有花费低，系统简单的优点，燃料电池— 动力电池—超级电容混合动力汽车具有更好的燃料经济性， 由于超级电容具有吸收峰值电流的作用，有效缓解了动力电 池的压力，能够延长动力电池的生命周期。
定为一个合理的值，以简化控制系统。
参考文献：
[1] 黄明宇，冯小保，厉丹彤，等.基于先进车辆模拟器的小功率氢电 混合电动车混合度的仿真研究[J].南通大学学报：自然科学版， 2013，12(4)：29-33.
[2] 马紫峰.《电动汽车用低成本、高密度蓄电(氢)体系基础科学问题 研究》项目任务书[M].北京：国家科技部，2007.
由华南理工大学与广州益维电动汽车有限公司共同合 作，研发出“燃料电池—锂离子电池混合动力轻型电动汽车的 研发”，其中燃料电池功率为 5 kW，连续稳定运行时间大于 8 h，无故障运行时间大于 3 000 h，启动时间小于 1 s。
清能华通与苏州金龙合作共同研发生产的氢燃料电池公 交车釆用燃料电池发动机和动力蓄电池混合动力源，燃料储 氢瓶置于车后方，并且可通过 CAN 总线对驱动电机、燃料电 池系统、动力蓄电池进行优化控制。
功率增加效率缓慢下降，在达到最大工作功率约 70%～80%以
后，下降梯度略有增大。研究还表明：电池温度和反应气增湿
温度对燃料电池效率影响较小。
４ 结语
燃料电池汽车发展历程表明，氢电混合燃料电池汽车动
力系统是提高燃料电池效率和运行寿命的重要途径。如何降
低动力型蓄电池、储氢装置和燃料电池的制造成本，提高其比
Deepak J.Frank ,Keshav S.Varde 通 [11] 过 PSAT 软件对一个 PEM 燃料电池混合动力系统进行建模仿真，并且对燃料电池 和动力电池在不同混合度下的动力系统进行模拟仿真。研究 结果显示，在高负载时，燃料电池的输出电压会出现短暂的变 化，虽然燃料电池的电压在 5 ms 后趋于稳定，但是电压变化
综
述
氢电混合燃料电池汽车动力系统研究进展
倪红军， 吕帅帅， 陈青青， 裴 一 (南通大学 机械工程学院，江苏 南通 226019)
摘要：零排放和高效率的燃料电池混合动力汽车是人类“可持续移动”的最理想解决方案。介绍了一种氢燃料电池 － 锂
离子电池混合动力系统；讨论了车用燃料电池动力系统能源效率的影响因素及提高动力系统效率的途径，总结了氢燃
图 １ 燃料电池 － 锂离子电池混合动力系统结构图 电池控制装置系统组成了锂电池子系统，由充电控制器、继电 器、可控硅、DC/DC 变换器构成的充电控制子系统，及智能 混合电源管理系统[6]。
燃料电池—锂离子电池混合动力系统充分结合了锂离子 电池和燃料电池的优点，从而提高动力系统的可靠性、延长燃 料电池和锂离子电池的使用寿命，同时可满足汽车能量回收 等方面的要求[7-9]。