第1章绪论
1.2质子交换膜燃料
电池系统质子交换膜燃料电池（PEMFC)系统是由电子控制系统，PEMFC电池组，热管理系统（加湿、冷却），空气供给及其循环系统，氧气供给及其循环系统组成的一个复杂的、需要综合协调的系统[5]。氢气供给系统的作用是持续的将高纯度的，具有一定流量、压力的氧气提供给燃料电池堆。氢气储存于高压氧瓶中，经瓶口的气罐阀（用以开关氢瓶)、手动减压阀（降低氢气压力）、电磁阀（控制氧气流量）、氢气流量传感器等进入反应电堆空气供给系统主要是将经空气滤清器滤清的空气（与氧气压力相同，具有一定流量）提供给电堆。外界空气经空气滤清器、空压机、空气流量计和加湿器送入燃料电池堆。加湿系统的作用是确保PEMFC中的全氟磺酸膜保持良好的水合状态使其能够正f的传导质子（对空气加湿来保持膜的适度湿润非f重要，膜的机械强度以及H+在膜中的传导都受PEMFC膜中水含量的影响），这样才能使PEMFC正常的工作，因此必须通过有效的水管理（氢气和空气加湿）使膜处于湿润状态。武汉理工大学设计的多孔碳板加湿器以多孔碳板为加湿材料，具有优良的渗水和导热性能，渗水量控制操作简单，并且能够提高电堆的比功率[9]。
1.3氢燃料电池汽车国内外的研究现状
氢气被认为是解决世界以及我国能源危机、环境急剧恶化的21世纪的新型能源，能源专家及各大汽车公司预言下一次的工业革命从氧能源开始[11]。氢能源是一种既清洁又无污染被人们认为最理想的新型能源。随着燃料电池技术和产品的推广及应用，氧燃料电池汽车吸引越来越多人的注意力。全球各大汽车工业巨头及世界各国政府纷纷研制各种燃料电池电动汽车（FCEV)并取得了很大的突破和进步。
1.3.1氢燃料电池汽车国外研究现状
在节能环保动力与替代能源车型大行其道的今天，全球各大汽车厂商莫不全力以赴，以期在这场激烈的角逐中赢得领先地位世界各大著名汽车厂商已经签署关于联合开发燃料电池汽车以及市场进入、运作和发展方向等方面的决议意向书。各大汽车厂商通过达成一致的发展意向及合作，这些汽车厂商就可以运用已经积累的很多关于燃料电池方面以及汽车方面的技术，使全球在零排放、无污染燃料电池电动汽车的核心技术瓶颈的突破、量产及实用化上又迈出了坚实的一大步。基于各大汽车厂商在燃料电池电动汽车商品化以及市场进入时间等方面的不同，因此有的厂商可能在2015年以前就提前进入市场。燃料电池汽车由于其卓越的环保性成为各大汽车厂商取代传统汽车的发展目标。以下介绍各主要汽车公司的燃料电池汽车研究现状。
第3章氢燃料电池汽车动力系统.......................................22
31 引言.....................................22
3.3氢燃料电池汽车动力系统部件.....................................23
3.4氢燃料电池汽车动力系统部件参数确定.....................................29
第4章氢燃料电池汽车动力系统建模.....................................37
4.1引言.....................................37
4.2仿真概述.....................................37
4.3ADVISOR仿真界面.....................................40
4.4氧燃料电池汽车动力系统模型.....................................40
第5章氢燃料电池汽车动力系统参数.....................................46
5.1引言.....................................54
5.2ADVISOR动力系统.....................................66
5.3优化结果仿真.....................................67
第6章总结与展望
6.1全文总结
本文将某款传统内燃机汽车改型为氢燃料电池汽车，并对其动力系统重新设计、动力系统部件选型以及参数设计等，运用MATLAB/SIMULINK对确定好相关参数的动力系统部件进行建模，并结合中国城市工况以及UDDS典型城市工况对设计的动力系统进行整车动力性以及燃油经济性仿真，并与设定的车辆性能指标比较，结果显示能够完全满足设计指标要求。最后对氢燃料电池动力系统部件进行参数优化，并将参数优化之后的氢燃料电池汽车进行仿真研究。本文开展的主要工作研究与得到的结论具体如下：
(1)本文详细研究了氢燃料电池汽车五种动力系统以及与其相关的两种控制策略，通过详细比较及分析其中的优缺点，选定氢燃料电池和动力蓄电池共同驱动车辆行驶的能量来源，功率跟随式控制策略作为该车的控制策略。然后对动力系统进行重新设计、确定部件的放置位置。
(2)本文对燃料电池、动力蓄电池以及驱动电机的工作原理以及分类进行研究，选定低温质子交换膜燃料电池作为氢燃料电池汽车的主动力源，车辆的辅助动力源为锂离子电池，车辆驱动电机为异步交流电机。综合车辆性能指标和车辆相关参数的前提下，运用相关的理论公式确定了动力系统部件参数。
(3)在动力系统布置方案以及相关部件参数确定的基础上，对动力系统部件以及整车运用MATLAB/SIMULINK进行建模，并结合中国城市工况和UDDS典型城市工况，运用ADVISOR软件对整车进行模拟测试，本文设计的仿真结果在动力性、爬坡性能以及最高车速方面都要远远高优于车辆设定的性能指标。
(4)在上述基础上，运用ADVISOR软件的优化模块，选用MATLAB作为优化引擎，对氢燃料电池汽车动力系统部件的参数进行优化，优化的结果是氢燃料电池和驱动电机的输出功率大大降低，大大降低了整车成本以及为车辆其它部件的放置提供更多的空间。将优化之后的结果结合中国典型城市工况进行模拟仿真，并将模拟仿真结果与理论方法设计的仿真结果相比较，得出优化之后的动力系统能够完全满足整车的性能指标，并且使动力系统的各部件均能够工作在高效区，使氢燃料的消耗降低。
参考文献
[7]Jang J H, Yan W M, Li H Y, et. Humidity of reactant fuel on the cell performance of PEM fuelcell with baffle-blocked flow field designs[J].Journal of Power Sources,2006( 159)： 468-477.
[8]Guvelioglu G H, Stenger H G. Flow rate and humidification effects on a PEM fuel cellperformance and operation[J].Journal of Power Sources,2007(163):882-891.
[18]Jennifer Bauman. A Comparative Study of Fuel-Cell-Battery, Fuel-Cell-Ultracapacitor andFuel-Cell-Battery-Ultracapacitor Vehicles. IEEE TRANSACTIONS ON VEHICULARTECHN0L0GY，V0L.57，N0.2，MARCH 2008.
[19]Wenzhong Gao. Performance Comparison of a Fuel Cell-Battery Hybrid Powertrain and aFuel Cell-Ultracapacitor Hybrid Powertrain. IEEE TRANSACTIONS ON VEHICULARTECHNOLOGY,V0L.54,N0.3,MAY 2005.
[20]Keshav S.Varde, Deepak J.Frank . /shdxsslw/ Characterization Of A PEM Fuel Cell Stack TransientConditions And Its Use In Simulating A FC Powertrain. Proceedings of ASME 2009 SeventhInternational Fuel Cell Science,Engineering and Technology Conference. Fuel Cell 2009June 8-10,2009 Newport Beach,California,USA.
