燃料电池城市客车_燃料电池与超级电容混合动力研制
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１．３ 电动机的选择
出于成本及系统控制的简单方便考虑，本系统采用串联 有刷直流电机，工作电压为 ３００ Ｖ，工作电流为 ０～３００ Ａ，最 高转速为 ３ ５００ ｒ／ｍｉｎ。电动机经变速箱减速后驱动客车驱动 轮。
１．４ 控制方式设计
采用降压 ＤＣ／ＤＣ 直接驱动主电动机，通过脚踏板发出控 制信号，调整 ＤＣ／ＤＣ 的输出电流来控制电机转速。
１ 系统设计
动力系统方案：本动力系统方案采用燃料电池与超级电 容直接并联的方式，构成一自动充放电回路，共同驱动负载电 机，燃料电池的怠速电压设计成和超级电容的起始放电电压 相等。负载电机加载时燃料电池发动机电压下降，超级电容电 流输出，负载电机减载时，燃料电池电压上升，燃料电池对超 级电容充电（如图 １）。
１．１ 燃料电池系统设计
由于采用燃料电池 － 超级电容混合动力设计，在车辆起
２００７．５ Ｖ ｏｌ．３１ Ｎ ｏ．５
３５８
研究与设计
图 １ 动力系统结构框图 Ｆｉｇ．１ Ｃ ｏｎｓｔｒｕｃｔｉｖｅ ｄｉａｇｒａｍ ｏｆｐｏｗ ｅｒ ｓｙｓｔｅｍ 步加速过程中超级电容可以与燃料电池同时提供电流，因而 可以适当降低燃料电池发动机的输出功率，同时通过对特定 的目前商业化的巴士的可装配空间、质量均衡装配，牵引电机 的电性能如电压、电流、控制等要求进行建模及分析，指导燃 料电池动力系统的研制． 在本系统中采用了神力公司的电堆 模块化［３］的技术，用两个燃料电池模块：额定总输出功率为 ７５ ｋＷ，峰值输出为 １００ ｋＷ。工作电压：ＤＣ ３４０～４８０ Ｖ；工作电 流：０～２５０ Ａ；通讯方式：ＣＡＮ 通讯；氢气储量：８ 个 １２５ Ｌ 铝 内胆碳纤维缠绕的储氢瓶。
这对燃料电池的寿命和稳定性都具有很大的损坏。而超级电 容是一种比传统电解电容储存电量大几十甚至几百倍的新型 能量存储技术，具有内阻小，充放电速度快（可瞬间充放大电 流）、效率高，循环寿命长（可反复充放电数万次乃至几十万 次）的特点［１，２］。因此，将超级电容与燃料电池组合而成的客车 混合动力系统，可以弥补燃料电池动态响应慢的不足，提高响 应速度，减缓燃料电池电流上升和下降的斜率，平滑燃料电池 系统的充放电电流，提高电动汽车的瞬时性能，减免电机负载 对燃料电池的冲击，因而延长燃料电池的寿命。同时，超级电 容还可以高效回收整车制动时产生的制动能量，提高能源的 使用效率。
１．２ 超级电容的选择设计
超级电容在本系统中主要是作为一种功率缓冲器来使 用，另外兼作为燃料电池辅助启动电源，因此超级电容的选型 主要参照燃料电池的工作电压、启动燃料电池所需最大电量 以及客车启动和加速时所需的最大功率。在本系统中，由于燃 料电池的工作电压范围在 ＤＣ ３４０～４８０ Ｖ，在燃料电池启动 时需要超级电容提供持续至少 １ ｓ ２００ Ｖ 以上 ２０ Ａ 左右的电 流，而在客车启动和加速时需要瞬间增加至少 ３０ ｋＷ 的功 率，因此，本系统中的超级电容的工作电压范围设定在 ２００～ ５００ Ｖ，容量为 ２００ Ｗｈ。
燃料电池作为单一城市客车动力时，在运行过程中，启 动、刹车、变速、停车频繁，需求功率发生很大变化，同时要求 燃料电池的运行参数和控制条件同步随动，从而使燃料电池 的运行条件，比如温度、湿度、流量等在短时间内有很大变化，
收稿日期：２ ０ ０ ６ － １ １ － ２ ３ 作者简介：胡里清（１ ９ ６ ３ —），男 ，浙 江 省 人 ，高 级 工 程 师 ，主 要 研 究方向为燃料电池。 Ｂ ｉｏｇｒａｐｈｙ：Ｈ Ｕ Ｌｉ－ｑｉｎｇ （１９６３—）， ｍ ａｌｅ， ｓｅｎｉｏｒ ｅｎｇｉｎｅｅｒ．
图 ３ 启动时混合动力系统性能输出 Ｆｉｇ．３ Ｏ ｕｔｐｕｔｐｅｒｆｏｒｍ ａｎｃｅ ｏｆｔｈｅ ｈｙｂｒｉｄ ｐｏｗ ｅｒ ｓｙｓｔｅｍ ｉｎ
ｓｔａｒｔ－ｕｐ ｓｔａｔｅ
２．３ 匀速
客车在匀速运行期间，电流、电压基本恒定，但随路面的 状况会有所波动，所以，超级电容充放电电流一般也维持在 ０ Ａ，随路面的情况不同会有一些充放电的波动。匀速运行时的 电流曲线如图 ４ 所示，此时客车基本维持在时速 ７０ ｋｍ／ｈ。
研究与设计
燃料电池城市客车
— ——燃料电池与超级电容混合动力研制
胡里清， 郭 磊， 沈爱明， 鲍军辉， 翟祥华， 傅明竹， 章 波 （上海神力科技有限公司， 上海 ２０１４０１）
摘要：论述了燃料电池与超级电容混合驱动城市客车的技术优点以及作为清洁能源汽车的可持续发展意义。并且对燃 料电池与超级电容混合动力的整个动力系统设计，以及混合动力在不同车况下的输出性能进行了详细的分析，充分证 明这种电 － 电混合动力系统高效、安全的优越性， 对保障燃料电池动力系统工作状态平稳，延长工作寿命有重要意 义。 关键词：燃料电池；超级电容；混合动力系统 中图分类号：ＴＭ ９１１．４ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００２－０８７ Ｘ （２００７）０５－０３５８－０３
Ｆｕｅｌ ｃｅｌｌ ｃｉｔｙ ｂｕｓ
—— —Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｏｆ ｆｕｅｌ ｃｅｌｌ ａｎｄ ｓｕｐｅｒｃａｐａｃｉｔｏｒ ｈｙｂｒｉｄ ｐｏｗｅｒ ｓｙｓｔｅｍ ｆｏｒ ｃｉｔｙ ｂｕｓ
ＨＵ Ｌｉ－ｑｉｎｇ， ＧＵＯ Ｌｅｉ， ＳＨＥＮ Ａｉ－ｍｉｎｇ， ＢＡＯ Ｊｕｎ－ｈｕｉ， ＺＨＡＩ Ｘｉａｎｇ－ｈｕａ， ＦＵ Ｍｉｎｇ－ｚｈｕ， ＺＨＡＮＧ Ｂｏ （Ｓｈａｎｇｈａｉ Ｓｈｅｎｌｉ Ｈｉｇｈ Ｔｅｃｈ Ｃｏ．， Ｌｔｄ．， Ｓｈａｎｇｈａｉ ２０１４０１， Ｃｈｉｎａ）
２．６ 刹车
不足，提高电动汽车的瞬时性能，减免电机负载对燃料电池的 冲击，从而使燃料电池的性能更加稳定，也延长了燃料电池的 寿命，同时利用超级电容高效回收整车制动时产生的制动能 量，提高能源的使用效率；同时将燃料电池和超级电容直接并 联连接，节约了额外的 ＤＣ／ＤＣ 充电器，既简化了系统的结构， 减轻了系统的质量，又降低了动力系统的成本，是未来燃料电 池客车产业化动力配置的好的选择。
!!!!!!!!Ｌ!ｉＣ!ｏ Ｏ!２!锂!电!池!!正!极!材!料!专!用!!窑!具!!!!!!广!告!"
产产品品傅博览览 北京丰禾耐火材料有限公司 系制造电子陶瓷功能材料领域专用窑具的经济实体。总部位于北京亚运村安惠东里，下设
工厂座落在河南濮阳工业开发区。公司具有自主研发新产品所必须的人才、设备、物料、工艺、环境等保障实力。
Ａ ｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ ｔｅｃｈｎｉｃａｌａｄｖａｎｔａｇｅｓ ｏｆｆｕｅｌｃｅｌｌ－ｓｕｐｅｒｃａｐａｃｉｔｏｒ ｈｙｂｒｉｄ ｐｏｗ ｅｒ ｓｙｓｔｅｍ ｆｏｒ ｃｉｔｙ ｂｕｓ ｗ ｅｒｅ ｄｅｓｃｒｉｂｅｄ． Ｔｈｅ ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ ｄｅｖｅｌｏｐｉｎｇ ｍ ｅａｎｉｎｇ ｏｆｔｈｅ ｃｌｅａｎ ｅｎｅｒｇｙ ｖｅｈｉｃｌｅ ｗ ａｓ ａｌｓｏ ｄｅｓｃｒｉｂｅｄ．Ｔｈｅ ｓｙｓｔｅｍ ｄｅｓｉｇｎ ｏｆｆｕｅｌｃｅｌｌｓｕｐｅｒ－ ｃａｐａｃｉｔｏｒ ｈｙｂｒｉｄ ａｎｄ ｐｏｗ ｅｒ ｓｙｓｔｅｍ ｗ ｏｒｋｉｎｇ ｐｅｒｆｏｒｍ ａｎｃｅ ｕｎｄｅｒ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｃｉｔｙ ｂｕｓ ｄｒｉｖｉｎｇ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ， ｅｓｐｅｃｉａｌｌｙ ｕｎｄｅｒ ｓｔａｒｔ ｕｐ， ｉｄｌｅ， ｓｐｅｅｄ ｕｐ， ｃｒｕｉｓｅ， ｓｌｏｗ ｄｏｗ ｎ， ｂｒａｋｅ ｄｏｗ ｎ ｅｔｃ， ｗ ｅｒｅ ｄｉｓｃｕｓｓｅｄ ｉｎ ｄｅｔａｉｌ． Ｔｈｅ ｐｅｒｆｏｒｍ ａｎｃｅ ｏｕｔｐｕｔ ｃｕｒｖｅｓ ｏｆ ｆｕｅｌｃｅｌｌｐｏｗ ｅｒ （ｖｏｌｔａｇｅｓ ｖｓ． ｃｕｒｒｅｎｔ） ａｒｅ ｆｌａｔｔｅｒ ａｎｄ ｓｔａｂｌｅ ｗ ｉｔｈ ｔｈｅ ｈｙｂｒｉｄ ｗ ｉｔｈ ｓｕｐｅｒｃａｐａｃｉｔｏｒ， ａｎｄ ｗ ｅｒｅ ｂｅｎｅｆｉｔｆｏｒ ｆｕｅｌｃｅｌｌｌｉｆｅ． Ｋ ｅｙ ｗ ｏｒｄｓ：ｆｕｅｌｃｅｌｌ；ｓｕｐｅｒｃａｐａｃｉｔｏｒ；ｈｙｂｒｉｄ ｐｏｗ ｅｒ ｓｙｓｔｅｍ
２ 监测结果分析
整车完成以后客车各项参数如下：最高车速：９０ ｋｍ／ｈ；额 定车速：７０ ｋｍ／ｈ；爬坡斜度：２０°；空载续驶里程：３００ ｋｍ；０～ ３５ ｋｍ／ｈ；启动时间：１７ ｓ；燃料电池最大输出功率：１００ ｋＷ。
可见，本客车各项参数基本达到甚至优于普通城市客车 的参数，只在启动及加速时间上比普通城市客车略长。因燃料 电池和超级电容并联构成一自动充放电回路，当燃料电池客 车启动、爬坡或加速时，由于超级电容的响应时间快，放出的 电流比燃料电池大很多；当燃料电池城市客车刹车、减速、下 坡或停车时，燃料电池发动机自动为超级电容补充能量，使燃 料电池的输出电压和超级电容的电压不断接近直至相同。为 此我们监测了在这几种功况下的燃料电池和超级电容的输出
参考文献：
客车刹车时，负载降低，燃料电池电压升高，超级电容开 始充电，同时，电动机制动，转速迅速降为零，产生制动电流， 也会反充给超级电容。图 ７ 为刹车时电流曲线，客车从时速 ６８．６ ｋｍ／ｈ 下降为 ０ ｋｍ／ｈ，用时 ２８ ｓ。
燃料电池和超级电容器并联的混合动力系统，充分利用 了超级电容的快速响应特性，弥补了燃料电池动态响应慢的
电流，各测试工况如下。
２．１ 怠速
客车静止时，燃料电池处于怠速状态，所产生电流仅供本 身辅助系统及整车控制系统使用，电压恒定，超级电容既不充 电也不放电，即充放电电流均为零。怠速时电流曲线如图 ２ 所 示。
图 ２ 怠速时混合动力系统性能输出 Ｆｉｇ．２ Ｏ ｕｔｐｕｔｐｅｒｆｏｒｍ ａｎｃｅ ｏｆｔｈｅ ｈｙｂｒｉｄ ｐｏｗ ｅｒ ｓｙｓｔｅｍ ｉｎ ｉｄｌｅ ｓｔａｔｅ
［１］ 孙丰强，邹俊忠，姚晓东，等．基于 ＤＳＰ 的电动汽车超级电容控 制器［Ｊ］．机电一体化，２００４，（５）： ５８—６１．
［２］ 储军，陈杰，李忠学． 电动车用超级电容器充放电性能的实验研 究［Ｊ］．机械，２００４，３１（３）： ２０—２２．
［３］ 胡里清，赵景辉，沈爱明，等．城市大巴车的燃料电池发动机集成 ［Ｊ］．电源技术，２００６，３０（１）：７—１０．
近年来，伴随着我国经济的高速发展，能源安全和环境保 护这一对问题已十分突出。目前，一场向传统能源和技术发出 挑战的能源革命—— — 清洁能源行动正在我国开展。燃料电池 是新一代环保型能源动力系统，它以氢气为燃料，通过氢氧化 合作用产生电能，具有能量转换效率高、无污染排放，运行噪 声低、稳定可靠等优点，对解决“能源”与“环保”这两大世界 难题以及人类社会可持续发展有重要意义，国际能源界预测： ２１ 世纪人类社会将告别化石能源时代而进入氢能经济时代。 目前，在我国各种燃料电池轿车和城市客车的研究正在如火 如荼地进行着，鉴于燃料电池的产业化需要相关的基础设施 建设，城市客车具有固定的路线，因此燃料电池始运转，瞬时电流较大， 同时，客车速度从零加速到需要的速度，短时间需要较大电流 来维持一定的加速度。由于燃料电池响应慢，导致启动时间较 长。采用燃料电池与超级电容并联以后，由于超级电容放电速 度快，可在短时间内释放大电流，保证整车获得较大的加速 度。图 ３ 是客车启动时电流曲线，车速从 ０ 上升到 ３５ ｋｍ／ｈ，用 时 １７ ｓ；超级电容最大放电电流 ７２．４ Ａ，这个数据随启动加速 度的增加还会有所增加，最大时可以输出 １４０ Ａ，如图 ３ 所 示。
２．４ 加速
客车在加速时，负载逐渐增大，电流逐渐降低，超级电容 也随即放电，承担了一部分燃料电池因负载增加而加大的电 流。加速时电流曲线如图 ５ 所示，客车时速从 ４４ ｋｍ／ｈ 上升到
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２００７．５ Ｖ ｏｌ．３１ Ｎ ｏ．５
研究与设计
６５ ｋｍ／ｈ，用时 ３７ ｓ。
２．５ 爬坡
客车以 １７．７ ｋｍ／ｈ 的速度开始爬 １５°左右斜坡。在爬坡 的起始时，电堆电压降低，超级电容迅速放电，后随燃料电池 的功率和电压的逐渐趋于稳定，超级电容放电电流逐渐减小， 但由于在爬坡过程中随高度的增加负载不断加大，所以超级 电容始终处于放电过程中。图 ６ 为爬坡时电流曲线。
11燃料电池系统设计由于采用燃料电池超级电容混合动力设计在车辆起研究与设计20075vol31no5359步加速过程中超级电容可以与燃料电池同时提供电流因而可以适当降低燃料电池发动机的输出功率同时通过对特定的目前商业化的巴士的可装配空间质量均衡装配牵引电机的电性能如电压电流控制等要求进行建模及分析指导燃料电池动力系统的研制
出于成本及系统控制的简单方便考虑，本系统采用串联 有刷直流电机，工作电压为 ３００ Ｖ，工作电流为 ０～３００ Ａ，最 高转速为 ３ ５００ ｒ／ｍｉｎ。电动机经变速箱减速后驱动客车驱动 轮。
１．４ 控制方式设计
采用降压 ＤＣ／ＤＣ 直接驱动主电动机，通过脚踏板发出控 制信号，调整 ＤＣ／ＤＣ 的输出电流来控制电机转速。
１ 系统设计
动力系统方案：本动力系统方案采用燃料电池与超级电 容直接并联的方式，构成一自动充放电回路，共同驱动负载电 机，燃料电池的怠速电压设计成和超级电容的起始放电电压 相等。负载电机加载时燃料电池发动机电压下降，超级电容电 流输出，负载电机减载时，燃料电池电压上升，燃料电池对超 级电容充电（如图 １）。
１．１ 燃料电池系统设计
由于采用燃料电池 － 超级电容混合动力设计，在车辆起
２００７．５ Ｖ ｏｌ．３１ Ｎ ｏ．５
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研究与设计
图 １ 动力系统结构框图 Ｆｉｇ．１ Ｃ ｏｎｓｔｒｕｃｔｉｖｅ ｄｉａｇｒａｍ ｏｆｐｏｗ ｅｒ ｓｙｓｔｅｍ 步加速过程中超级电容可以与燃料电池同时提供电流，因而 可以适当降低燃料电池发动机的输出功率，同时通过对特定 的目前商业化的巴士的可装配空间、质量均衡装配，牵引电机 的电性能如电压、电流、控制等要求进行建模及分析，指导燃 料电池动力系统的研制． 在本系统中采用了神力公司的电堆 模块化［３］的技术，用两个燃料电池模块：额定总输出功率为 ７５ ｋＷ，峰值输出为 １００ ｋＷ。工作电压：ＤＣ ３４０～４８０ Ｖ；工作电 流：０～２５０ Ａ；通讯方式：ＣＡＮ 通讯；氢气储量：８ 个 １２５ Ｌ 铝 内胆碳纤维缠绕的储氢瓶。
这对燃料电池的寿命和稳定性都具有很大的损坏。而超级电 容是一种比传统电解电容储存电量大几十甚至几百倍的新型 能量存储技术，具有内阻小，充放电速度快（可瞬间充放大电 流）、效率高，循环寿命长（可反复充放电数万次乃至几十万 次）的特点［１，２］。因此，将超级电容与燃料电池组合而成的客车 混合动力系统，可以弥补燃料电池动态响应慢的不足，提高响 应速度，减缓燃料电池电流上升和下降的斜率，平滑燃料电池 系统的充放电电流，提高电动汽车的瞬时性能，减免电机负载 对燃料电池的冲击，因而延长燃料电池的寿命。同时，超级电 容还可以高效回收整车制动时产生的制动能量，提高能源的 使用效率。
１．２ 超级电容的选择设计
超级电容在本系统中主要是作为一种功率缓冲器来使 用，另外兼作为燃料电池辅助启动电源，因此超级电容的选型 主要参照燃料电池的工作电压、启动燃料电池所需最大电量 以及客车启动和加速时所需的最大功率。在本系统中，由于燃 料电池的工作电压范围在 ＤＣ ３４０～４８０ Ｖ，在燃料电池启动 时需要超级电容提供持续至少 １ ｓ ２００ Ｖ 以上 ２０ Ａ 左右的电 流，而在客车启动和加速时需要瞬间增加至少 ３０ ｋＷ 的功 率，因此，本系统中的超级电容的工作电压范围设定在 ２００～ ５００ Ｖ，容量为 ２００ Ｗｈ。
燃料电池作为单一城市客车动力时，在运行过程中，启 动、刹车、变速、停车频繁，需求功率发生很大变化，同时要求 燃料电池的运行参数和控制条件同步随动，从而使燃料电池 的运行条件，比如温度、湿度、流量等在短时间内有很大变化，
收稿日期：２ ０ ０ ６ － １ １ － ２ ３ 作者简介：胡里清（１ ９ ６ ３ —），男 ，浙 江 省 人 ，高 级 工 程 师 ，主 要 研 究方向为燃料电池。 Ｂ ｉｏｇｒａｐｈｙ：Ｈ Ｕ Ｌｉ－ｑｉｎｇ （１９６３—）， ｍ ａｌｅ， ｓｅｎｉｏｒ ｅｎｇｉｎｅｅｒ．
图 ３ 启动时混合动力系统性能输出 Ｆｉｇ．３ Ｏ ｕｔｐｕｔｐｅｒｆｏｒｍ ａｎｃｅ ｏｆｔｈｅ ｈｙｂｒｉｄ ｐｏｗ ｅｒ ｓｙｓｔｅｍ ｉｎ
ｓｔａｒｔ－ｕｐ ｓｔａｔｅ
２．３ 匀速
客车在匀速运行期间，电流、电压基本恒定，但随路面的 状况会有所波动，所以，超级电容充放电电流一般也维持在 ０ Ａ，随路面的情况不同会有一些充放电的波动。匀速运行时的 电流曲线如图 ４ 所示，此时客车基本维持在时速 ７０ ｋｍ／ｈ。
研究与设计
燃料电池城市客车
— ——燃料电池与超级电容混合动力研制
胡里清， 郭 磊， 沈爱明， 鲍军辉， 翟祥华， 傅明竹， 章 波 （上海神力科技有限公司， 上海 ２０１４０１）
摘要：论述了燃料电池与超级电容混合驱动城市客车的技术优点以及作为清洁能源汽车的可持续发展意义。并且对燃 料电池与超级电容混合动力的整个动力系统设计，以及混合动力在不同车况下的输出性能进行了详细的分析，充分证 明这种电 － 电混合动力系统高效、安全的优越性， 对保障燃料电池动力系统工作状态平稳，延长工作寿命有重要意 义。 关键词：燃料电池；超级电容；混合动力系统 中图分类号：ＴＭ ９１１．４ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００２－０８７ Ｘ （２００７）０５－０３５８－０３
Ｆｕｅｌ ｃｅｌｌ ｃｉｔｙ ｂｕｓ
—— —Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｏｆ ｆｕｅｌ ｃｅｌｌ ａｎｄ ｓｕｐｅｒｃａｐａｃｉｔｏｒ ｈｙｂｒｉｄ ｐｏｗｅｒ ｓｙｓｔｅｍ ｆｏｒ ｃｉｔｙ ｂｕｓ
ＨＵ Ｌｉ－ｑｉｎｇ， ＧＵＯ Ｌｅｉ， ＳＨＥＮ Ａｉ－ｍｉｎｇ， ＢＡＯ Ｊｕｎ－ｈｕｉ， ＺＨＡＩ Ｘｉａｎｇ－ｈｕａ， ＦＵ Ｍｉｎｇ－ｚｈｕ， ＺＨＡＮＧ Ｂｏ （Ｓｈａｎｇｈａｉ Ｓｈｅｎｌｉ Ｈｉｇｈ Ｔｅｃｈ Ｃｏ．， Ｌｔｄ．， Ｓｈａｎｇｈａｉ ２０１４０１， Ｃｈｉｎａ）
２．６ 刹车
不足，提高电动汽车的瞬时性能，减免电机负载对燃料电池的 冲击，从而使燃料电池的性能更加稳定，也延长了燃料电池的 寿命，同时利用超级电容高效回收整车制动时产生的制动能 量，提高能源的使用效率；同时将燃料电池和超级电容直接并 联连接，节约了额外的 ＤＣ／ＤＣ 充电器，既简化了系统的结构， 减轻了系统的质量，又降低了动力系统的成本，是未来燃料电 池客车产业化动力配置的好的选择。
!!!!!!!!Ｌ!ｉＣ!ｏ Ｏ!２!锂!电!池!!正!极!材!料!专!用!!窑!具!!!!!!广!告!"
产产品品傅博览览 北京丰禾耐火材料有限公司 系制造电子陶瓷功能材料领域专用窑具的经济实体。总部位于北京亚运村安惠东里，下设
工厂座落在河南濮阳工业开发区。公司具有自主研发新产品所必须的人才、设备、物料、工艺、环境等保障实力。
Ａ ｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ ｔｅｃｈｎｉｃａｌａｄｖａｎｔａｇｅｓ ｏｆｆｕｅｌｃｅｌｌ－ｓｕｐｅｒｃａｐａｃｉｔｏｒ ｈｙｂｒｉｄ ｐｏｗ ｅｒ ｓｙｓｔｅｍ ｆｏｒ ｃｉｔｙ ｂｕｓ ｗ ｅｒｅ ｄｅｓｃｒｉｂｅｄ． Ｔｈｅ ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ ｄｅｖｅｌｏｐｉｎｇ ｍ ｅａｎｉｎｇ ｏｆｔｈｅ ｃｌｅａｎ ｅｎｅｒｇｙ ｖｅｈｉｃｌｅ ｗ ａｓ ａｌｓｏ ｄｅｓｃｒｉｂｅｄ．Ｔｈｅ ｓｙｓｔｅｍ ｄｅｓｉｇｎ ｏｆｆｕｅｌｃｅｌｌｓｕｐｅｒ－ ｃａｐａｃｉｔｏｒ ｈｙｂｒｉｄ ａｎｄ ｐｏｗ ｅｒ ｓｙｓｔｅｍ ｗ ｏｒｋｉｎｇ ｐｅｒｆｏｒｍ ａｎｃｅ ｕｎｄｅｒ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｃｉｔｙ ｂｕｓ ｄｒｉｖｉｎｇ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ， ｅｓｐｅｃｉａｌｌｙ ｕｎｄｅｒ ｓｔａｒｔ ｕｐ， ｉｄｌｅ， ｓｐｅｅｄ ｕｐ， ｃｒｕｉｓｅ， ｓｌｏｗ ｄｏｗ ｎ， ｂｒａｋｅ ｄｏｗ ｎ ｅｔｃ， ｗ ｅｒｅ ｄｉｓｃｕｓｓｅｄ ｉｎ ｄｅｔａｉｌ． Ｔｈｅ ｐｅｒｆｏｒｍ ａｎｃｅ ｏｕｔｐｕｔ ｃｕｒｖｅｓ ｏｆ ｆｕｅｌｃｅｌｌｐｏｗ ｅｒ （ｖｏｌｔａｇｅｓ ｖｓ． ｃｕｒｒｅｎｔ） ａｒｅ ｆｌａｔｔｅｒ ａｎｄ ｓｔａｂｌｅ ｗ ｉｔｈ ｔｈｅ ｈｙｂｒｉｄ ｗ ｉｔｈ ｓｕｐｅｒｃａｐａｃｉｔｏｒ， ａｎｄ ｗ ｅｒｅ ｂｅｎｅｆｉｔｆｏｒ ｆｕｅｌｃｅｌｌｌｉｆｅ． Ｋ ｅｙ ｗ ｏｒｄｓ：ｆｕｅｌｃｅｌｌ；ｓｕｐｅｒｃａｐａｃｉｔｏｒ；ｈｙｂｒｉｄ ｐｏｗ ｅｒ ｓｙｓｔｅｍ
２ 监测结果分析
整车完成以后客车各项参数如下：最高车速：９０ ｋｍ／ｈ；额 定车速：７０ ｋｍ／ｈ；爬坡斜度：２０°；空载续驶里程：３００ ｋｍ；０～ ３５ ｋｍ／ｈ；启动时间：１７ ｓ；燃料电池最大输出功率：１００ ｋＷ。
可见，本客车各项参数基本达到甚至优于普通城市客车 的参数，只在启动及加速时间上比普通城市客车略长。因燃料 电池和超级电容并联构成一自动充放电回路，当燃料电池客 车启动、爬坡或加速时，由于超级电容的响应时间快，放出的 电流比燃料电池大很多；当燃料电池城市客车刹车、减速、下 坡或停车时，燃料电池发动机自动为超级电容补充能量，使燃 料电池的输出电压和超级电容的电压不断接近直至相同。为 此我们监测了在这几种功况下的燃料电池和超级电容的输出
参考文献：
客车刹车时，负载降低，燃料电池电压升高，超级电容开 始充电，同时，电动机制动，转速迅速降为零，产生制动电流， 也会反充给超级电容。图 ７ 为刹车时电流曲线，客车从时速 ６８．６ ｋｍ／ｈ 下降为 ０ ｋｍ／ｈ，用时 ２８ ｓ。
燃料电池和超级电容器并联的混合动力系统，充分利用 了超级电容的快速响应特性，弥补了燃料电池动态响应慢的
电流，各测试工况如下。
２．１ 怠速
客车静止时，燃料电池处于怠速状态，所产生电流仅供本 身辅助系统及整车控制系统使用，电压恒定，超级电容既不充 电也不放电，即充放电电流均为零。怠速时电流曲线如图 ２ 所 示。
图 ２ 怠速时混合动力系统性能输出 Ｆｉｇ．２ Ｏ ｕｔｐｕｔｐｅｒｆｏｒｍ ａｎｃｅ ｏｆｔｈｅ ｈｙｂｒｉｄ ｐｏｗ ｅｒ ｓｙｓｔｅｍ ｉｎ ｉｄｌｅ ｓｔａｔｅ
［１］ 孙丰强，邹俊忠，姚晓东，等．基于 ＤＳＰ 的电动汽车超级电容控 制器［Ｊ］．机电一体化，２００４，（５）： ５８—６１．
［２］ 储军，陈杰，李忠学． 电动车用超级电容器充放电性能的实验研 究［Ｊ］．机械，２００４，３１（３）： ２０—２２．
［３］ 胡里清，赵景辉，沈爱明，等．城市大巴车的燃料电池发动机集成 ［Ｊ］．电源技术，２００６，３０（１）：７—１０．
近年来，伴随着我国经济的高速发展，能源安全和环境保 护这一对问题已十分突出。目前，一场向传统能源和技术发出 挑战的能源革命—— — 清洁能源行动正在我国开展。燃料电池 是新一代环保型能源动力系统，它以氢气为燃料，通过氢氧化 合作用产生电能，具有能量转换效率高、无污染排放，运行噪 声低、稳定可靠等优点，对解决“能源”与“环保”这两大世界 难题以及人类社会可持续发展有重要意义，国际能源界预测： ２１ 世纪人类社会将告别化石能源时代而进入氢能经济时代。 目前，在我国各种燃料电池轿车和城市客车的研究正在如火 如荼地进行着，鉴于燃料电池的产业化需要相关的基础设施 建设，城市客车具有固定的路线，因此燃料电池始运转，瞬时电流较大， 同时，客车速度从零加速到需要的速度，短时间需要较大电流 来维持一定的加速度。由于燃料电池响应慢，导致启动时间较 长。采用燃料电池与超级电容并联以后，由于超级电容放电速 度快，可在短时间内释放大电流，保证整车获得较大的加速 度。图 ３ 是客车启动时电流曲线，车速从 ０ 上升到 ３５ ｋｍ／ｈ，用 时 １７ ｓ；超级电容最大放电电流 ７２．４ Ａ，这个数据随启动加速 度的增加还会有所增加，最大时可以输出 １４０ Ａ，如图 ３ 所 示。
２．４ 加速
客车在加速时，负载逐渐增大，电流逐渐降低，超级电容 也随即放电，承担了一部分燃料电池因负载增加而加大的电 流。加速时电流曲线如图 ５ 所示，客车时速从 ４４ ｋｍ／ｈ 上升到
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２００７．５ Ｖ ｏｌ．３１ Ｎ ｏ．５
研究与设计
６５ ｋｍ／ｈ，用时 ３７ ｓ。
２．５ 爬坡
客车以 １７．７ ｋｍ／ｈ 的速度开始爬 １５°左右斜坡。在爬坡 的起始时，电堆电压降低，超级电容迅速放电，后随燃料电池 的功率和电压的逐渐趋于稳定，超级电容放电电流逐渐减小， 但由于在爬坡过程中随高度的增加负载不断加大，所以超级 电容始终处于放电过程中。图 ６ 为爬坡时电流曲线。
11燃料电池系统设计由于采用燃料电池超级电容混合动力设计在车辆起研究与设计20075vol31no5359步加速过程中超级电容可以与燃料电池同时提供电流因而可以适当降低燃料电池发动机的输出功率同时通过对特定的目前商业化的巴士的可装配空间质量均衡装配牵引电机的电性能如电压电流控制等要求进行建模及分析指导燃料电池动力系统的研制