研学丨燃料电池车的典型效率及能耗

2020-05-08 08:40

燃料电池车典型工况综合效率和能耗

根据EPA（U．S． Environmental Protection Agency）的统计数据，近年来燃料电池车的典型工况综合效率和能耗水平如下图所示：

可以看到近10几年间，燃料电池车的车辆工况效率有了较大的提升。已本田为例，从早期的Honda FCX Clarity到后面的Honda Clarity Fuel Cell，FTP效率从54％提高到了67％，HWFET效率从51％提高到了57％。而本田、丰田、现代这几家燃料电池车领头羊，在这一代（2019年左右），车辆的效率都十分近似，大家水平都差不多。但是工况综合效率毕竟是统计全工况下的效率得出的，对燃料电池车开发和评估来说，我们还需要一个典型的在各个功率下的一个典型效率（即效率－功率曲线），或者说一个标杆作为我们的参照物来判断自己燃料电池车做的如何。

燃料电池车典型效率－功率曲线（以Mirai为标杆）

Argonne使用Mirai进行了如下的工况测试，测试首先包含三个FTP定义的UUDS（The Urban Dynamometer Driving Schedule）工况，这是一种较缓和的城市工况，可以从下图的车速就可以看出来。然后车辆会跑两个高速工况（HWFET）和两个US06工况。HWFET是一种美国高速工况燃油经济性的标准测试工况，而US06为一种车速较大的激烈工况。

测试结果如下图所示，可以看到，工况越缓和，燃料电池电堆和燃料电池系统的效率越高。工况对电堆效率的影响较小，而对系统效率影响较大。激烈的US06工况下，相比UDDS，燃料电池电堆的效率下降仅约3％。而工况的变化使燃料电池系统效率下降了近23％。

汇总了测试结果后，可以得出Mirai的效率－功率曲线。如下图所示，可以看到，功率越低，燃料电池系统效率与电堆效率越接近；功率越高，燃料电池系统效率与电堆效率相差越大。全功率区间内，电堆的最大效率为66％，而燃料电池系统最大效率为63．7％。在25％电堆功率时，系统效率为58％，电堆效率约61％。到峰值功率，电堆114kW时，电堆效率会下降到约49％，而系统效率则仅剩约40％。从空压机和DCDC效率曲线的变化可以看出，后面系统效率的降低，主要是因为DCDC的效率降低以及空压机的功耗迅速增加。当然水泵，氢泵这些也会增加一些消耗，但是这些零部件功耗较小故对系统效率的影响比较小。