【兴电新 新科普】燃料电池系列科普报告（四）

我国燃料电池基础设施建设进入加速期，为燃料电池汽车商业化做好充分准备。此前的系列科普中，已经介绍了氢气的制取、储运以及燃料电池系统的相关知识内容。在本文中，将会为大家分别为大家介绍燃料电池与混合动力各自的优缺点和发展情况，燃料电池在混合动力思维下的发展情况。

1. 混合动力汽车、燃料电池汽车分别是如何工作的？各自的优点如何？

2. 混合动力汽车的现状如何？

3. 混合动力在燃料电池汽车中是如何应用的？

混合动力汽车由燃油和电能混合提供动力，电动机作为发动机的辅助。燃料电池汽车是由燃料混合发生化学反应提供动力。两者均属于电动汽车的范畴。前者发展较早，技术相对成熟，后者无污染，符合清洁能源的要求。

相较于纯电动汽车而言，混合动力汽车更容易被市场所接受。利用燃料电池与动力电池的电电混合，为燃料电池汽车提供更加充足的动力。

电动汽车包括纯电动汽车(BEV)、混合动力汽车(PHEV)和燃料电池汽车(FCEV)三大类。他们分别代表了不同的驱动方式。

纯电动汽车总体上由两大部件构成：电动机、动力电池。纯电动汽车完全依靠电脑驱动，使用成本是目前市售的新能源车中最低的。纯电动汽车的优点在于技术相对简单成熟，只要有电力供应的地方都能够充电。

混合动力汽车已经有超过100年的历史，第一款混合动力汽车1902年已经问世，随后又有多种混动车型被发明出来，但是由于石油供给稳定，价格较低，因此混合动力汽车始终未得到足够重视。直至20世纪90年代，由于油价的上升，混合动力汽车的研发才重新进入人们的视线。

从上图中可以看出，混合动力汽车是由发动机和电动机共同驱动的，优点在于可以十分方便地回收制动时、下坡时、怠速时的能量，并且在电池单独驱动时，可实现“零”排放。

燃料电池汽车实际上是通过氢气和氧气的化学作用，产生的电能驱动车辆行驶。它也是电动汽车的一种，结构基本类似，只不过多了一个燃料电池和氢气罐。燃料电池汽车的优势在于，加氢时间短、驾驶里程长，电堆无分解污染。

世界第一款量产混合动力汽车丰田普锐斯，从1997年开始销售至今，保有量已经超过300万辆。目前，在生产的混合动力车型超过70种，销量较高的除丰田普锐斯外，雪佛兰沃蓝达、雷克萨斯全混系列、宝马5系混动、荣威550插电版、比亚迪秦等，也都有优秀的销售成绩。混合动力汽车早已成为汽车市场重要的组成部分。

混合动力汽车可以按照多种方式进行分类，除了按照混合程度分为插电和不插电混合之外，还可以按照混合方式不同分为串联、并联和混联；还可以按照动力耦合系统模型分为转矩耦合、转速耦合和功率耦合；按照混合程度类型，还可以分为微混合动力、轻度混合动力、中度混合动力、重度混合动力等。

从上表可以看出，目前的混合动力车型以外国车企为主，国内仍处于起步阶段。国内已研制和销售的车型多为节能效果比较有限的微混合动力及技术要求相对简单的插电式混合动力，而使用相对方便，节能效果同样突出的中、重度混合动力汽车，国内目前的研发比较欠缺。

燃料电池车与纯电动车一样，是一种完全无排放的环保车。目前的燃料电池车多用氢气作为驱动燃料，若所使用氢气纯度可以保证，那么所产生的废气中只有水。燃料电池与纯电动车一样，可以改变能源结构。同时具有燃烧效率高，产物无污染，使用寿命长，充气简单的优势。

由于燃料电池电池电压电流输出特性及动态响应滞后的特点，结合混合动力汽车的原理，燃料电池加动力电池的电-电混合动力系统诞生了。燃料电池混合动力系统主要包括燃料电池、辅助动力源、DC/DC变换器等部件。燃料电池系统作为车辆常规运行时的主要动力源，为车辆的常规运行提供所需能量；辅助动力源为蓄电池或超级电容器，提供车辆在启动、加速、爬坡等特殊工况下所需功率。如此，既能保证车辆在不同工况下所需的能量，同时能够减小对燃料电池的冲击，提高燃料电池的寿命。

燃料电池混合动力汽车能够提高燃料电池的使用寿命。 同混合动力汽车类似，燃料电池混合动力汽车是由燃料电池与动力电池混合，两种方式进行共同驱动。动力电池提供车辆启动、加速、减速等非稳态下所需的大功率，平均功率由燃料电池提供，使燃料电池运行工况基本不变，负载变化较小，输出功率平稳，对燃料电池的瞬时冲击小，能够大大提高燃料电池的使用寿命。动力电池作为燃料电池混合动力汽车的辅助动力源，可以通过控制动力电池的充放电功率，提高动力电池的使用寿命。

补贴提高竞争力。 工信部、财政部、科技部和发改委《新能源汽车推广补贴方案及产品技术要求》中对燃料电池乘用车实行20万元/辆补贴，轻型货车、客车30万元/辆补贴，大型客车、中重型货车50万元/辆的补贴，纯电动大巴汽车将在2019年会有退坡政策，这样燃料电池混合动力汽车将具有很大的市场竞争力。

燃料电池混合动力汽车加氢时间短，一般为3—5min，续航里程可达到500km以上，远远超过了传统纯电动汽车的续航里程。

国内燃料电池混合动力系统现状。 目前，国内主流整车厂开发的燃料电池客车、物流车、乘用车等均采用燃料电池混合动力系统，用氢燃料电池搭配一定功率的动力电池作为车辆动力源。氢燃料电池混合动力系统最先在客车进行示范推广和商业化应用。

宇通最新一代燃料电池城市客车采用电-电混合动力系统，配备了额定功率为30kW的燃料电池系统同时搭载40-60kWh锂离子动力电池，车身顶部设置了8个140L的氢瓶，续驶里程超过300km，每一次加氢只需要10-15min。

上海荣威 950氢燃料电池乘用车使用氢燃料混合动力系统，其中燃料电池由大连新源动力股份有限公司提供，锂离子动力电池由上海航天电源技术有限责任公司提供，续航里程大于400km，最高时速可达到160km/h。