Eload Ebatt EbattIN EbattOUT Ebreaking regenerative
13.4 -0.4 -10.1 +9.6 -1.2
表3
R40循环负荷平衡配置下（FCS功率=平均周期功率）效率计算
ηFCS ηDC ηED ηPT
% 50 80 75 30
其中，Vbatt为电池电压；Ibatt为电池电流；Tm为制动转矩；ωm为发动机转矩；MH2为氢气化学分子质量；ncells为燃料电池单元数目；I为电池堆电流。
Eload是整体测试过程中发动机提供的能量，EH2是氢气提供的能量，Ebatt是从与燃料相关的能量流出到驱动系统，由于部件不同而损失的能量可以计算循环周期中与电池交换的净能量。
出。燃料电池及其辅助设备引入了一个大约50%的可用能量的减少，而更少的损失是由于电子设备，如转换器和发动机，效率分别为80%，75%。再生制动产生的能量是1.2Wh，对应于进入驱动电机的能量的7%。车辆的有效机械能为13Wh，为总动力系统效率的30%。表2中的数据显示循环中显著数量的能量流过储存系统（大约为燃料能量的22%）。这证实了电池在动力学负荷平衡过程中的至关重要的作用。
另一个可能的基于燃料电池的驱动系统工作策略是负荷跟踪过程，它允许储存系统最小化。这种情况下，车载电池可以将供给车辆辅助系统的容量最小化而且可在再生制动过程中节约能量。在负载跟踪配置下，必须控制转换器输出功率从而将循环中瞬间所需的全部功率供给驱动电机。由于本研究中使用的实验装置包含一个与发动机功率相当的燃料电池系统，所以可以使用该过程进行实验。燃料电池系统加上转换器、发动机和电池包的功率相对于循环周期长度的变化如图
8显示，与燃料、电池堆和燃料电池系统相关的功率显示于图9。从图8中可以明显看出电池的有限贡献，实际上电池的功率峰值总是低于500W。此外，储存系统允许再生制动类似于负载平衡过程，并且有助于循环加速的开始阶段的动力学过程，这补偿了燃料电池系统介入的延迟。测得的转换器输出功率曲线显示整个R40循环期间一个满意的动态运行状况，特别是由燃料电池系统通过转换器提供的能量完全满足发动机所需的功率峰值。电池堆和燃料电池系统动态过程由图9所示结果确定，从中可以导出从燃料到转换器入口的能量损失的标志。
图8 R40驱动循环工况下燃料电池动力系统在负载跟踪配置下得到的实验结果（FCS功率=发动机功率）：电池、驱动电机输入功率和DC-DC转换器输出功率相对于周期长度的变化
图9图8的实验中氢气、电池堆和燃料电池系统的功率相对于循环周期长度的变化
负载跟踪测试中电池的荷电荷量由图10给出。R40循环中荷电荷量的微小
变化证实了测试过程中有限的能量流过储存系统。从两个过程中SOC曲线最大变化的比较中可以得出，至少三倍以下的电池容量可以应用于负载跟踪测试。
图10图8实验中电池荷电荷量与周期长度的关系
负载跟踪测试中燃料电池系统动态运行状况和性能可以通过检测一个周期
长度内供给到电池堆的空气与燃料的化学计量比来分析。这个比率定义为R=Reff/Rstoich，其中Reff是实验中使用的空气和氢气流量比，Rstoich是氢气氧化的化学方程所需相同比率。质子交换膜燃料电池的R值作为负载函数从2到6波动，并且为了保证阴极氧气充分的局部压力，其值不能小于1.8。在R40循环的快速加速阶段这个比例有几秒钟低于2（见图11），这是由于空气压缩机响应了相应发动机所需功率产生的轻度延迟。为了分析电池堆在这些高负载条件下的运行状况，监测了单个燃料电池电压，如图12所示，其中电压以R40循环中电池堆达到的最大电压为参考。由于电压波动低于平均电压的2%，因此得到了很好的均匀性。
图11图8实验中电池堆化学计量比相对循环周期时间的变化
图12图8实验中电池堆最大功率时初始燃料电池单体电压
负荷跟踪测试能量和效率的计算列于表4和5，由于燃料电池系统的能量损失与负载找平测试期间检测到的相当，实际上系统效率（表5）是仅略逊于记录
表4
R40循环负荷跟踪配置下（FCS功率=平均周期功率）燃料电池动力系统测得能量流
EH2 Wh 48.5
Estack EFCS EDC EED Eload Ebatt EbattIN EbattOUT Ebreaking regenerative
28.3 23.3 18.5 16.7 12.5 -1.6 -5.5 +3.9 -1.6
表5
R40循环负荷跟踪配置下（FCS功率=平均周期功率）效率计算
ηFCS ηDC ηED ηPT
% 48 80 75 39
在表3中的相应值（48%对50%）。转换器和发动机的效率等于负载平衡测试（分别为80%和75%）。另一方面再生制动能量回收是1.6Wh，其对应于电驱动装置约10%的能量（表4）。总动力传动系统效率是29％。表4中的数据还表明，最小量的能量（约8％的燃料能量）在循环期间通过存储系统。这证实了负载跟踪配置下减少车载电池容量的可能性。
以上显示的结果通过基于电池堆功率的控制的能量管理策略获得，而随之的
测试则是通过控制电池SOC展开的。特别地，SOC在两个预定值之间的范围内自由波动，而FCS功率在对应最大效率（1000瓦特，如示于图4）处保持恒定。该实验的结果记录在图13和图14中。储存系统使用R40循环进行充电（图13），使得SOC从31.55增加到32.27Ah（图14）。此实验的能量和效率的计算记录于