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揭秘本田第二代燃料電池系統(tǒng)架構(gòu)變化
7月19日，本田CR-V e:FCEV插電式燃料電池SUV于日本正式開售。新車將以租賃形式出售給大力配合FCEV推廣的日本各地方自治體和企業(yè)等法人顧客、以及個人消費者。本文分享本田CR-V e:FCEV燃料電池系統(tǒng)架構(gòu)。
圖1 本田CR-V e:FCEV動力系統(tǒng)架構(gòu)
本田CR-V e:FCEV插電式燃料電池SUV搭載的質(zhì)子交換膜燃料電池堆峰值功率為92.2 kW(125 PS)。位于車輛尾部的2只儲氫瓶總計109 L有效儲氫容積，其中前方儲氫瓶有效儲氫容積53 L，后方儲氫瓶有效儲氫容積56 L。根據(jù)本田官方資料，在氫滿和電滿情況下，WLTC工況下續(xù)航里程約621 km，其中純電約61 km。本文分享本田CRV e:FCEV燃料電池系統(tǒng)架構(gòu)。
圖2 本田CR-V e:FCEV
通過電極材料革新、金屬密封結(jié)構(gòu)進化、系統(tǒng)BOP簡化和電堆生產(chǎn)效率提高，本田新型燃料電池系統(tǒng)的成本降低了2/3左右。其中，在電堆層面，通過最優(yōu)化發(fā)電活性面積提升每節(jié)單元的發(fā)電功率，新型燃料電池堆在保持與上一代輸出功率相近的同時，電堆節(jié)數(shù)降低了15%。在系統(tǒng)方面，本田較為徹底的對消耗燃料電池系統(tǒng)發(fā)電功率的BOP進行了合理化設計，精簡了系統(tǒng)零部件，并通過基于模型的推算改變運行條件，為降低成本做了巨大貢獻。
圖3 本田CR-V e:FCEV燃料電池系統(tǒng)架構(gòu)變化
如上圖3所示，燃料電池系統(tǒng)低成本化的措施主要包括：1.將上一代兩級壓縮式電動空壓機改為單級壓縮式空壓機，并將空氣壓縮機最高轉(zhuǎn)速提高1.5倍；2.通過電堆高濕度運行控制，取消了上一代空氣路的加濕器旁路閥；3.通過新型控制方法，取消了空氣路的EGR(空氣廢氣再循環(huán))閥和單向閥；4.通過啟動時升壓控制提高氫氣置換效果，取消了氫氣循環(huán)泵；5.采用基于其他傳感器的溫度預測和生成水量估算控制，取消了氫氣路溫度/水位傳感器；6.采用在氫氣路上游設置腔室和優(yōu)化氫噴器安裝結(jié)構(gòu)，取消了壓力切換閥和二次調(diào)壓閥。
圖4 電堆“廢熱”利用off(低溫)
為提升低溫啟動性能和續(xù)航，本田CR-V e:FCEV燃料電池系統(tǒng)靈活運行電堆“廢熱”。當FC冷卻液處于暖機后的高溫狀態(tài)，燃料電池堆冷卻液出口的高溫冷卻液流入空調(diào)加熱器和空調(diào)單元，用于輔助加熱乘員艙，如上圖5所示。當FC冷卻液處于低溫(如零下)時，通過三向閥控制電堆出口冷卻液在內(nèi)循環(huán)內(nèi)流動，用于電堆快速升溫，如上圖4所示。
圖6 本田CR-V e:FCEV單級壓縮式空壓機
中冷器通常用于將流經(jīng)空氣壓縮機出口壓縮升溫后的氣體降溫。在上一代CLARITY FUEL CELL中，為確保冷卻性能，燃料電池系統(tǒng)的空氣路設置了風冷中冷器和水冷中冷器的兩級結(jié)構(gòu)。與之不同，CR-V e:FCEV在擴大風冷中冷器尺寸基礎之上，通過優(yōu)化車輛保險杠開口處的流道，將中冷器的風速提高了約30%。由于只使用氣冷中冷器來確?？諝饫鋮s性能，因此可以靈活運用水冷中冷器來提高低溫啟動性能。在CR-V e:FCEV低溫啟動時，通過水冷中冷器加熱吸入的空氣，抑制電堆入口部結(jié)露水，提高低溫啟動性能。
通常，在燃料電池汽車發(fā)生氫氣泄漏時，車載氫氣傳感器監(jiān)測識別泄漏后，控制系統(tǒng)主動切斷儲氫瓶的氫氣供應。上一代CLARITY FUEL CELL的燃料電池系統(tǒng)采用自然換氣方法，通過通風導管從前擋泥板的排出口排出。本田最新的CR-V e:FCEV采用了強制換氣方法，即將供給電堆空氣的一部分導入到覆蓋燃料電池系統(tǒng)的蓋罩內(nèi)，通過透氣閥排出到電動機位置。因此不需要額外的排出口，外觀設計干凈舒展，如上圖7所示。
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