既然氫燃料電池這么好，為什么還要混合驅(qū)動汽車？
來源：寶鄂實業(yè)
2019-08-15 21:29
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電電混合的由來
汽車行駛在道路上，行駛狀態(tài)不斷變化，上下坡、加減速，需要發(fā)動機/電動機輸出不同的功率。如果一輛燃料電池汽車，通過燃料電池發(fā)電直接驅(qū)動電機，就需要燃料電池不斷變化功率載荷。
然而，燃料電池似乎并不太喜歡變載，變載必須讓進氣（氫氣、空氣）等外部條件隨之變化。
從燃料電池電堆（燃料電池系統(tǒng)最核心的發(fā)電單元）的角度看，電堆的主歧管流道、入口流道、分配流道、（反應(yīng)）微流道等等，都是基于某一工況范圍設(shè)計的?，F(xiàn)在電堆功率越設(shè)計越大，動輒百千瓦上下。迫于對功率密度的需求，往往要通過大電流密度實現(xiàn)。這讓通氣條件在全工況下適應(yīng)非常困難。在負載過大或過小時，電堆可能只能短時間工作，以避免因水熱問題造成損壞。
從系統(tǒng)角度講，燃料電池的輔助系統(tǒng)（BOP，Balance of Plant）似乎也不太喜歡變載。比如空壓機會有最合適的一段輸出區(qū)間，此區(qū)間空壓機效率較高，且工作穩(wěn)定。另外，比如更簡單的管路，由于管徑固定，如果氣體量太小，那么氣體壓力無法控制；如果氣體量太大，那么會有很大的壓降損失，甚至造成密封失效。
從能量角度講，所有“體外循環(huán)”的電池，在工作過程中，都會有能量的損耗。因為維持電堆運行的供氣系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)都會消耗能量。當(dāng)電堆出力較低時，BOP待機功耗相對純電動系統(tǒng)更大（如同汽車怠速的效果）。同時電堆低功率出力時，為了平衡流場設(shè)計和水熱管理，往往進氣計量數(shù)更大。系統(tǒng)能效整體降低。
雖然燃料電池不喜歡變載，但并不代表不能變載?？梢酝ㄟ^系統(tǒng)管理來實現(xiàn)。但這是個及其復(fù)雜的過程。當(dāng)系統(tǒng)要求電堆出力提高時，氫氣和空氣的進氣量隨之提高，電堆電流密度上升，電堆輸出功率上升（但可能伴隨效率下降），發(fā)熱量也隨之上升。冷卻系統(tǒng)控制冷卻泵增加循環(huán)水量。氫循環(huán)泵循環(huán)量增大，陰極（或陽極）排氣量和排水量也隨之發(fā)生變化。
與此同時，電堆單池之間的差異也可能隨之增大，系統(tǒng)會采取診斷和保護措施……
可能就是上坡跟車時的一腳油門，系統(tǒng)就要做出一連串的復(fù)雜動作。如果哪一步?jīng)]跟上，燃料電池就像一臺渦輪遲滯明顯的早起渦輪增壓發(fā)動機，甚至直接故障。同時，頻繁的功率變化也會讓燃料電池的壽命加速衰減。
因此，燃料電池整套管理機制，要設(shè)計的相當(dāng)嚴(yán)謹(jǐn)。如果說傳統(tǒng)電動車是電和熱的組合，那么燃料電池則至少多出兩個維度：氣體（氫氣和空氣）和水（氫氧反應(yīng)產(chǎn)生的水以及冷卻液）。電、熱、空、氫、水五場合一，相互聯(lián)動。再加上日益增大的單堆功率，讓系統(tǒng)的控制難度呈幾何級數(shù)上升。燃料電池的成本當(dāng)中，系統(tǒng)成本至少占三分之二，也是可以理解的。
電電組合的出現(xiàn)，可以大大降低系統(tǒng)管理的難度。因為大部分情況下，通過電池可以減小電堆功率的調(diào)節(jié)范圍。當(dāng)前，電電混合的常見形式有三種。分別是能量存儲、功率平衡、增程續(xù)航。
