关于新混合动力系统架构分析介绍

未来道路交通和全球汽车工业面临的主要挑战是在促进未来个人移动交通科技的同时减少能源消耗、减少CO2的排放。全球各个主要城市开始禁止高污染车辆进入市中心以减少有害物排放，这种措施也进一步增强了汽车行业清洁能源解决方案的必要性。

1混合动力系统架构

为了应对这些挑战，采用电池和燃料电池技术的电动汽车将成为关键的推动者。这两种技术都提供了从油箱到车轮(TTW)的零排放动力系统方法，也包括从油井到车轮(WTW)的绿色电力和可再生能源产生的氢气的方案。针对不同程度油电混合电动车系统实现最高的能源效率，AVL结合电池和燃料电池技术开发了一种专一的混合动力系统架构。

电池电力动力系统更适合小型车辆和短程(城市)用车辆，对于行驶距离长，功率需求大的中大型车辆，则可以采用燃料电池技术来支持。迄今为止，汽车行业的新发展模式已冉冉升起，逐渐开始专注于纯电池与纯燃料电池的竞争，比如现代ix35（使用燃料电池的混合动力版本）、丰田Mirai和本田Clarity。与这些燃料电池车型相反，由AVL牵头的跨国旗舰项目KeyTech4EV采用了更创新的混动方案，并且目前正在开发演示用燃料电池汽车。AVL燃料电池技术的集成推进了KeyTech4EV项目混合动力演示车的开发进程，在每一次加氢后，可以帮助实现行驶里程超过600 km，其中加氢时间仅为3 min，因此与同类纯燃料电池和电池电动汽车相比，降低了整体动力系统的成本。

2KeyTech4EV项目

KeyTech4EV项目具有横向、纵向高度一体化的特点，项目中技术团队资源着实庞大，首先包括工业工程供应商AVL List，顶尖零部件和子系统制造商ElringKlinger、 Magna Steyr 工程公司、Hobiger公司等，还有格拉茨理工大学、维也纳理工大学以及IESTA公司等的加入。KeyTech4EV动力系统的概念是将两种技术——电池和燃料电池，结合成一个专用的混合动力系统架构，从系统所有可用的协同增效中获益。AVL依赖于系统观察的整体方法，不会将其观点局限于单个组件的开发。其创新的关键技术最终被应用到演示车辆中，开发重点是使电气化动力系统的能源效率最大化。因此，混合动力传动系统的所有主要部件，如燃料电池系统、电子驱动、电力电子和控制系统，都是基于AVL的广泛的工程专业知识而开发的。

为了提高燃料电池系统的效率，实现改进后的电力平衡装置(BoP)组件是首要先决条件。为了降低BoP部件的能源功耗，汽车的燃料电池系统集成了1个被动氢再循环装置和1个特殊的空气压缩机。因此，可以减少整个燃料电池堆的大小，同时保持高的净功率输出。为了提高演示混合燃料电池汽车的能源效率，AVL开发的e-drive实现了巧妙的平衡，可以减少部件的数量和转换损失，同时降低系统的质量。在综合、广泛的仿真活动基础上，确定了最合适的电池-燃料电池混合动力总成的组成，以满足C级轿车的驾驶性能指标。因此，该项目车辆由功率为55 kW的 AVL燃料电池系统和电能为10 kW·h 锂离子电池提供动力，AVL拥有最先进的100 kW e-drive解决方案，采用的车辆最大输出扭矩为290 N·m。

该KeyTech4EV项目方法克服了实现高电迁移率的难题，针对设定的系统版本车型平台的驾驶性能和性能目标，包括爬升性能和行驶里程，保证了客户和市场的接受度。为了在增加行驶里程、更好的性能和更好的驾驶性能的同时保证车辆驾驶的高效率，公司需要将功能和复杂的车辆系统控制和校准方法结合到演示车辆中。

3在线监测与诊断技术

AVL的混合控制和燃料电池控制单元为电池、燃料电池系统和电子驱动牵引单元的相互作用提供了基础。因此，了解这些组件的当前寿命状态、操作状态和功能(特别是作为核心传动系统组件的燃料电池堆)非常重要。新型演示车采用了与常规燃料电池汽车传感器相结合的非侵入式在线监测和诊断技术。AVL公司的这一专利方法被称为全谐波失真分析(AVL THDA)，能够从非线性频率响应信号中提供反馈，属于一种车辆在运行过程中的诊断和保护策略。

4车载储氢系统

为了进一步满足行驶里程范围和成本目标，KeyTech4EV项目团队还特别注重车载储氢系统的提升。与研究伙伴HyCentA合作的Magna Steyr工程公司定义了一种概念，通过将单个组件或功能集成到模块化组件中来优化系统布局，从而简化储氢罐系统。这样，就减少了燃料箱的质量、部件的质量、相应的装配时间和系统的成本，同时保持了超过5 kg的车载储氢罐容量。因此，AVL相信这种概念上的动力系统方法将进一步提高公众对电动汽车的接受程度，因为它每加满一次氢就可提供超过600 km的行驶距离，并且加氢的过程仅花费大约3 min的时间。与此同时，该项目团队已经证实，与其他纯燃料电池和具有类似行驶里程的电池电动汽车相比，采用这种混合动力系统架构的总成本可以降低。