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能源和环境危机促使世界汽车工业积极寻求更为清洁、高效和可持续发展的车用动力源,其中质子交换膜燃料电池技术受到越来越多的关注。目前世界各国车用燃料电池动力系统的研究都是刚起步,与内燃机相比燃料电池系统的实际效率还没有充分发挥优势。为提高车用燃料电池动力系统的效率,本文围绕影响燃料电池系统效率的几个主要因素,利用模型仿真技术,研究了提高燃料电池动力系统效率的措施及其效果。首先采用经验模型和电化学物理模型两种方法,在Matlab/Simulink软件环境下建立了燃料电池仿真平台。利用该平台能够研究压力、流量、湿度、温度等各因素对该燃料电池性能的影响。燃料电池模型仿真与实验数据能够良好吻合,表明了此仿真平台的实用性。在上述平台基础上,针对空气系统功耗过大的问题,仿真论证了优化空气系统工作参数和采用能量回收对燃料电池系统效率的改善效果。结果表明,为获得较佳系统效率和较大输出功率,空气进气压力应随负荷的增大而上升,而过量空气系数应维持在1.5~2.5的范围内;采用废气能量回收,燃料电池系统效率提升最大可达5%,且提升效果在大负荷时更明显,而最大净输出功率的提升可达15%。此外,建立了冷却-加湿偶合系统模型,进一步考察了空气系统工作参数的优化。结果表明加入冷却-加湿偶合系统后,优化的空气压力参数会减小,而流量参数会增大。针对燃料电池动力系统中大功率DC/DC变换器在效率、安全性和可靠性等方面的不利影响,研究了一种取消大功率DC/DC变换器的燃料电池动力系统方案,并与原带有大功率DC/DC的方案进行了对比分析。去除大功率DC/DC变换器后,通过调整小功率工况的工作参数而使燃料电池系统输出电压的变化范围变窄。仿真结果表明,与带有大功率DC/DC的方案相比,新方案最大输出功率可提高2.5%,效率提高1.5%~5%,同时可保持电机输入电压在一般许可的范围之内。采用空气系统排气余压利用技术、参数优化以及消除燃料电池与电机间大功率DC/DC变换器等措施,可有效提高车用燃料电池动力系统的效率和功率。上述结论为研发高性能车用燃料电池动力系统指明了方向。