摘 要

重型卡车作为一种重要的转运交通工具，具有功率大、载重量大、运行时间和里程长等特点，也是汽车排放里面的重要运动污染源。新能源汽车对于解决环境污染和能源危机问题具有非常深远的意义，已经掀起了一波新能源汽车的研究热潮。

本文旨在根据新能源汽车的基本要求，突出于燃料电池汽车用于重型卡车的先进性和环保优势，设计一种柴油重整固体氧化物燃料电池重型卡车的动力系统。对燃料电池及柴油重整器、动力蓄电池、电动机等主要动力部件进行参数计算和部件选型，并通过分析比较选择合适的整体动力系统结构布置方案，把燃料电池作为重型卡车増程器来提高车辆的续航里程和构建适合于该动力系统的开关和功率跟随式控制策略，最后对设计的燃料电池重型卡车动力系统应用ADVISOR 2002软件进行仿真分析，对照于初始设定的目的性能设计指标及传统燃油车，整车动力性基本满足设计指标，燃油经济性相比于改型前的传统燃油重型卡车明显更优。

关键词：重型卡车；燃料电池；动力系统；仿真分析

Abstract

Heavy truck, as an important means of transport, has the characteristics of high power, heavy load, long running time and mileage. It is also an important source of sport pollution in vehicle emissions. New energy vehicles have far-reaching significance in solving environmental pollution and energy crisis, and have set off a wave of research upsurge on new energy vehicles.

The purpose of this paper is to design a power system of diesel reforming solid oxide fuel cell heavy truck based on the basic requirements of new energy vehicles, highlighting the advanced and environmental advantages of fuel cell vehicles for heavy trucks. The parameters of fuel cell and diesel reformer, power storage battery, motor and other main power components are calculated, and the appropriate overall power system structure layout scheme is selected through analysis and comparison. Fuel cell is used as a heavy truck booster to improve vehicle endurance and construct switch and power following control strategy suitable for the power system. Finally, the control strategy of fuel cell is put forward. The power system of fuel cell heavy truck is simulated and analyzed by ADVISOR 2002 software. Compared with the original designed target performance design index and the traditional fuel truck, the power performance of the whole vehicle basically meets the design index, and the fuel economy is obviously better than that of the traditional fuel heavy truck before the modification.

Key Words：Heavy truck，Fuel cell，Power system，Simulation analysis

目录

第一章 绪论 1

1.1 研究背景 1

1.2 国内外研究现状 2

1.2.1 燃料电池重型卡车国内研究现状 2

1.2.2 国外研究现状 3

1.3 本文主要研究内容 4

第二章 燃料电池重型卡车动力系统设计 6

2.1 燃料电池汽车动力系统结构及布置方案 6

2.2 燃料电池重型卡车动力系统主要部件选型及参数选择 8

2.2.1 燃料电池选型及参数选择 8

2.2.2 驱动电机选型及参数选择 12

2.2.3 动力蓄电池选型及参数选择 16

2.2.4 重整器的选型及工作过程 17

2.3 本章小结 19

第三章 燃料电池控制策略研究 20

3.1 燃料电池重型卡车控制系统分析 20

3.2 燃料电池重型卡车的工作模式和能量传递分析 21

3.3 燃料电池控制策略搭建 22

3.3.1 控制策略的对比分析及选择 22

3.3.2 燃料电池开关和功率跟随式控制策略的构建 24

3.4 本章小结 26

第四章 燃料电池重型卡车动力系统仿真 27

4.1 ADVISOR软件介绍 27

4.2 车辆参数配置 27

4.3 仿真循环工况设置界面 29

4.4 仿真结果输出界面 30

4.5仿真结果分析 31

4.6 本章小结 34

第五章 结论 35

5.1 全文总结 35

5.2 全文展望 35

参考文献 36

致谢 39

第一章 绪论

1.1 研究背景

改革开放以来，随着经济建设进程的快速推进，中国汽车行业也随之得到了迅猛的发展。自从2009年以来，中国持续居于全球汽车产销第一大国的位置，与此同时中国的汽车保有量也逐年不断上升，截至2018年底，中国的汽车保有量已达到2.4亿辆。由此带来的社会问题也越来越引起人们的关注，特别是来自能源安全与环境污染的压力，对中国未来汽车工业的发展提出了新的挑战。重型卡车作为一种重要的转运交通工具，具有功率大、载重量大、运行时间里程长等特点，也是汽车排放里面的重要运动污染源。近年来，随着城市化进程加快和人们环保意识的增强，国家对重型卡车的节能减排要求也随之提高，一方面是要求从高燃耗、低效率的重车往低燃耗、高效率的重卡发展；另一方面则要求从高污染、高排放往低污染、低排放环保型车辆发展。所以新能源重型卡车便应运而生了。

其中动力电池普遍寿命较短，产品生命周期需更换两到三次电池，造成的电池报废回收量逐年递增，引起一系列污染延后的问题，而锂电池首先在使用和回收过程中需要消耗大量能源，高能耗则伴随着高排放，并且电动汽车存在里程焦虑问题，锂电池能量密度已经遇到天花板，短期内无法突破，电动汽车充电网络目前也不够完善，因而纯电池驱动的电动汽车无法很好的解决重卡的需求。故而燃料电池重型卡车以其零排放、无污染、低噪声和高效率等优势成为新能源重型卡车研究领域的宠儿。但是氢燃料电池在推广中也面临着压缩困难能耗高和一系列运输和存储安全问题，加氢网络布置还不够完善，因此有必要对柴油作为能量载体的燃料电池汽车动力系统进行研究，故而本文考虑设计一种以柴油作为燃料来源的车载重整制氢系统来提高氢源，并且把燃料电池系统作为汽车増程器来增加汽车续航里程，即在需求功率较小的工况下，重卡纯电动行驶；在需求功率较大和续航里程较长的工况下燃料电池増程器开始工作，可以为驱动电机和车载用电设备提高功率，也能为动力蓄电池充电，有效的解决了目前重型卡车迫切的节能减排要求。