串联式混合动力系统的结构如图3-2-1所示。采用液化石油气、天然气、氢气或氢气与天然气的混合气体，混合动力车排放比较低。装有柴油机的混合动力车燃油经济性比较好。串联式混合动力系统适用于目标和行驶工况相对确定的车辆，例如货物分送车、城市公共汽车等在城市内走走停停的车辆。串联式混合动力汽车的发动机能保持在最佳工作区域内稳定运行。......
2023-08-27
串联混合动力结构与储能技术应用实例
【摘要】：内燃机电动混合列车有一个典型的串联型混合结构，但是对于汽车，这种结构就会因为增加了储能元素而变得复杂一些。在图2-8所示的原理图中，介绍了另一种快速储能技术用于制动能量回收的实例。本章参考文献[ELK 07]中的ECCE Bank试验台采用了串联结构，可以测试不同类型的发电机、不同类型的电驱动器，以及蓄电池、超级电容器、飞轮储能等的性能。图2-8 带有燃料电池和超级电容器的串联混合动力结构
内燃机电动混合列车有一个典型的串联型混合结构，但是对于汽车，这种结构就会因为增加了储能元素（如蓄电池、超级电容器或飞轮储能）而变得复杂一些。串联结构如图2-7所示。
图2-7 典型的串联型混合动力结构
在这种结构下，由内燃机拖动发电机（通常是交流发电机）发电。交流电压经过整流调节为电池的电压等级，直流母线电压由电池来支撑。然后，与电动汽车的传统推进链连接，或者是一个中央电机和差速器，或者是一个有多台电机，甚至轮毂电机的更加分散的结构。
图中的箭头表示了能量的流动方向。内燃机只能提供机械能，与发电机连接的电力变换器只允许能量单向流动，制动能量的回收是由负责推进的电机及其变换器实现的。制动能量储存在电池中，因此，电池组的荷电状态必须受到实时监控，以有效地储存这部分能量。
由于不同的能量变换器被串联（将机械能转化成电能，然后再将电能转化成机械能），系统的总效率等于不同变换器的效率之积，因此，即使内燃机工作在最优状态，这个结构仍有无法避免的不足。能量管理单元的角色就是在内燃机提供的能量与电池提供的能量之间取得平衡。
串联结构是唯一一种可以被其他类型发电机所使用的结构，比如电化学电源或燃料电池。在图2-8所示的原理图中，介绍了另一种快速储能技术（超级电容器）用于制动能量回收的实例。
燃料电池可以由氢气或者流经重组器的碳氢化合物燃料所驱动。作为一种电源，意味着燃料电池堆要确保诸如压缩机和空气加湿器、燃料处理器、制冷系统、流量控制器，以及氢气的再循环泵等辅助功能设备的正常运行。
燃料电池发电是不可逆的，输出直流电。其整体效率目前在35%左右，但是，如果电化学转换效率和辅助功能设备的效率可以达到55%～60%，那么燃料电池的发电效率有望提高一倍。
本章参考文献[ELK 07]中的ECCE Bank试验台采用了串联结构，可以测试不同类型的发电机（比如变速或恒速发电机、SPACT80计划中的质子交换膜燃料电池）、不同类型的电驱动器，以及蓄电池、超级电容器、飞轮储能等的性能。
图2-8 带有燃料电池和超级电容器的串联混合动力结构
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