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研学丨燃料电池车的典型效率及能耗

放大字体 缩小字体 发布日期:2020-05-08 16:00:34   浏览次数:201


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。

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关键词: 效率 燃料电池 本田

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