另一種構架是并聯式的燃料電池混合動力系統的結構。這種構建通常在燃料電池和電機控制器之間安裝了一個DC/DC變換器,燃料電池的端電壓通過DC/DC變換器的升壓或降壓來與系統直流母線的電壓等級進行匹配。這種系統與上述構架不同之處還在于,這種動力系統的設計沒有考慮能量的回饋回收,因此系統雖然簡單,但效率比較低下。

　　盡管系統直流母線的電壓與燃料電池功率輸出能力之間不再有耦合關系,但DC/DC變換器必須將系統直流母線的電壓維持在最適宜電機系統工作的電壓點(或范圍),對于交流電機驅動系統,通常還需要安裝一個DC/AC轉換器。目前這類構架系統只在一些小型或者實驗的車上使用,如2002年通用汽車公司開發的Autonomy和Hy-wire兩種車都是基于該中構架的[10]。2008年,同濟大學-蒂森克虜伯聯合實驗室采用這種架構開發了小型燃料電池汽車[19],并研究了燃料電池電堆系統對整車性能的影響。

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　　3　燃料電池汽車多能源系統管理與優化

　　燃料電池不適合作為動力系統的單一驅動能源,必須選用輔助能源系統合理補充驅動電動汽車所需的能量,覆蓋功率波動,提高峰值功率,吸收回饋能量,改善燃料電池輸出功率的瞬態特性。目前各大汽車開發商采用了輔助動力,來提高燃料電池汽車的性能(表1所示)。

　　3.1　動力電池輔助能源系統

　　目前鉛酸電池[20]由于比能量及比功率均較低,已經淘汰。在汽車上常用的動力蓄電池主要有鎳氫電池和鋰離子電池等。

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　　表1　典型的燃料電池汽車

　　Table 1　Typical fuel cell electric vehicles

　　鎳氫電池屬于堿性電池,具有不易老化,無需預充電以及低溫放電特性較好等優點。其能量密度可超過80 Wh/kg,一次充電的行駛距離長,在大電流工作時能夠平穩放電。FCHV-4[6],High-lander FCHV-adv[7]和通用Chevrolet Equinox[9]的動力系統都是燃料電池和鎳氫電池集成的。但,鎳氫在高溫環境下,電池電荷量會急劇下降,并且具有記憶效應和充電發熱等方面的問題。在燃料電池混合動力系統中鎳氫電池SOC應保持在40%-60%之間,充放電電流應處于160-240 A的范圍,溫度應維持在常溫附近,以確保系統安全性和經濟性[21,22]。

　　鋰離子電池具有體積小,能量密度高(>120Wh/kg)、高安全性和無污染性等優點。本田FCXClarity[8],通用Chevrolet Sequel[10]鋰和日產X-Trail FCV[12]等都采用鋰離子電池作為燃料電池汽車的輔助能源系統。離子電池的能量密度是鎳氫電池的1.5-3倍。其單體電池的平均電壓為3.2V,相當于3個鎳鋅或鎳氫電池串接起來的電壓值,因而能夠減少電池組合體的數量,降低單體電池電壓差所造成的電池故障發生概率,從而提高了電池組的使用壽命。

　　鋰離子電池具備自放電低(僅為5%-10%)的優點,當在非使用狀態下貯存,內部相當穩定,幾乎不發生任何化學反應[4,5]。由于鋰離子電池不含有鎘、汞和鉛等重金屬,因而在使用過程中不會對環境造成污染。對于電動汽車而言,鋰離子電池易于車載布置安裝,是較為理想的能量存儲媒介。常常使用Simulink和Dymola等工具來對電池系統進行仿真分析[23],提高電池的使用效率和壽命。

　　其充電放電動態過程可以用Thevenin模型來如下[23,24]:

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