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当前国内燃料电池汽车采用电电混合控制策略,虽然能量输出来自于燃料电池,但运行过程中燃料电池并不独立供电,更多时候通过锂电池给电机供电,能量经过转换损耗变大,也意味着同样输出功率下耗氢量会增大,于是在业内引发争议。
(来源:微信公众号“高工氢燃料电池” ID:weixin-gg-fcev 作者:马晓康)
近日,中国工程院院士衣宝廉在一次公开论坛上表示支持电电混合策略,并且详述原因如下:
一是燃料电池功率增加有一定限制,不能实现马上加速。
“司机把油门踩下去,这个电大概毫秒级到微秒级就变化了,可是燃料电池把电发出来,空气氧气要送进去,这个时间是秒级的,所以燃料电池就跟不上,它就欠气,要反极和腐蚀。”衣宝廉说,国外一开始做纯燃料电池车,启动要延迟几秒,即要做预供气,司机踩油门先把气量增加,根据速度不一样,延迟时间不一样。
采用了电电混合策略,司机踩油门后,锂电池先给驱动电机供电,燃料电池增加气体,同时增加功率输出,燃料电池功率输出增加锂电池供电往下降,锂电池电量少时,燃料电池给锂充电。所以电电混合是必须的,让司机的驾驶性能达到了燃油车的要求,被全世界采用。
二是电池使燃料电池运用更平稳、寿命更长。
车辆行驶工况复杂,一会儿加速,一会儿减速,一会儿停车,导致燃料电池堆电流电压大幅度波动,湿度、压力都是波动的,容易导致催化剂腐蚀,产生化学损伤;
车辆运行、怠速、低载都会产生高电压。在0.85伏以上,碳粉的氧化速度加快,会产生铂流失,寿命就会缩短,要控制燃料电池的电压在0.85伏以下,就要限制高电位,特别是启动停车。启动停车最有效的办法是采用放电,把高电位消除。
用了电池以后,分担燃料电池工况负担,从而延长燃料电池寿命。
毫无疑问,衣宝廉从技术角度清晰明白地解释了为什么要采用电电混合策略。
一方面国内的燃料电池动力系统“能量经过转换,损耗变大,效率变低”是事实,另一方面衣宝廉说的也非常有道理,燃料电池动力系统没有电池参与肯定是不行的。那么争议的焦点在哪?其实在于很多人混淆了“电电混合”的概念。
国内一位权威专家告诉高工氢电:“电电混合分轻混、中混和重混。采取哪种由燃料电池的功率定,燃料电池功率若大于100千瓦,可用轻混;燃料电池功率在50-80千瓦之间,可用中混;我们仅30-40千瓦,只能用重混了。”
如此来看,国内是电电混合,丰田也是电电混合,正如衣宝廉所说的“电电混合”被全世界采用。电电混合策略本身没有错,只是目前国内电电混合是“重混”,重混下燃料电池更多通过锂电池供电,的确存在损耗变大的问题;而国外以丰田为代表的是“轻混”,轻混下燃料电池是供电主力,电池仅帮助解决快速加载问题,以及承担能量制动回收,显然效率更高。
高工氢电了解到,目前国内8.5米燃料电池公交车装载50度电左右,12米公交车装载60-70度电,甚至高达100度电,装电量明显过高。除了会产生前文提到的损耗问题外,也把锂电池安全问题带到燃料电池汽车上,这一点也为业内诟病。而丰田Mirai仅搭配1.6度镍氢电池,电量极小,同时镍氢电池倍率性及安全性也比锂电池要高。
多方业内人士均表示,目前国内采用“重混”策略是基于当前现实条件下不得已的选择。
目前国内在路上跑的车辆的燃料电池功率基本都在30-40kW,这种低功率根本无法满足车辆行驶的功率需求。国外先进燃料电池1秒所产生的电流超过50安倍乃至80安倍,而国内普遍只在15安倍,差距之大可想而知。丰田可以选用倍率性高、安全性高但功率密度小的镍氢电池,但国内还得采用兼具一定倍率性能及功率密度的锂电池。
那是否可以等到技术打磨成熟了,再去大规模推广燃料电池汽车?
“不可能一直等而不去推,不然事情永远都推不起来。”国内一名整车厂人士表示,只有用了,才能在实践中发现问题,并针对性地进行改善,才能实现技术的更新迭代,才能促进产业链环节的打通。如果一直等,就更追赶不上国际先进水平。
未来,待国内燃料电池技术成熟、功率提升,同时可靠性和稳定性提升,采取类似丰田Mirai “轻混”模式,充分发挥燃料电池的功能,提高效率,把电池风险降至最低,是必然的。
但这需要一个过程。
针对燃料电池氢安全及锂电池热失控安全问题叠加,在上述整车厂人士看来,氢的性能相对于油而言,还是比较安全的,除非让氢在密闭空间达到爆炸极限。在当前的燃料电池整车设计上,不会让氢达到爆炸极限。“只要存在风险的地方,都会装有氢气泄露检测器,一旦达到氢浓度范围,就会切断供氢和供电。同时锂电池只选用国内最好的,其他都不考虑。”
通观全球,目前只有在氢气制储环节出现过爆炸事件,而在燃料电池汽车运行环节,还没有出现过爆炸起火事件。
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