最近豐田和比亞迪合作的事情,具體的走向和細節我們不清楚,但是有一些東西還是很確定的,在東京奧運會的節點,豐田是要在混動以外開拓和推進的,在燃料電池領域,乘用車還比較遙遠,在大巴領域一方面豐田可以繼續推進應用,在確定中國的兩個合作伙伴以后,有了固定的渠道向中國提供氫燃料電池技術和零部件,而在這套系統里面,動力電池也是模塊化的組件,是雙方可以合作的點。
今年比亞迪的大巴業務其實掉的挺快的,2018年的新能源客車市場,宇通、金龍和比亞迪位列三甲,市場份額分別為 23.8%、13.5%、12.2%;但是2019年新能源客車銷售1,842輛,同比下滑48.93%,2019年上半年宇通 29.57%、中通12.4%、福田10.7% 、中車5.35% 、南京金龍5.16%,之前的優勢損失殆盡。從可能的考慮,合作的可能性在電池、乘用車和客車&燃料電池方面都有涉及,是個交叉的方向,對于比亞迪而言可能是從純電動大巴往燃料電池來切的契機吧。
豐田最新推出的燃料電池大巴SORA就充分體現了燃料電池模塊化的設計思路。這套系統是在原有的基礎上迭代過來的,所使用電機(Motor)、功率控制單元(PCU)和蓄電池(Battery)、甚至儲氫罐,是在開發Mirai后復用的。
燃料電池功率和容量相互獨立,如下來看,豐田基于原有的燃料電池電堆和已有的鎳氫電池,弄成挺復雜的電壓拓撲結構,可以通過在和國內的電池合作伙伴的配合,更換鎳氫電池,在中國調節系統參數來進行調節落地應用。SORA的結構,實從早期的FCV大巴獨立的系統,演化為兩套獨立的系統并聯到變速驅動橋上,SORA對每條獨立的子系統分別增加了一組蓄電池。
燃料電池的混動系統,一般由燃料電池和動力電池組成,燃料電池管理系統,主要是涉及兩功率分配,匹配電機功率。
這個其實是一套混動的邏輯設計:
Stage1:大巴的小功率輸出階段,燃料電池為系統中的主要動力來源。
Stage2:汽車需求功率進一步上升,燃料電池的單體電壓被限制到0.7V,即燃料電池的第一階段保護電壓,輸出功率不再增加。電機所需功率不足部分,由動力電池補足。
Stage3:當汽車持續高功率運行,動力電池的SOC較低時候,燃料電池的輸出功率將重新增加,單體電壓從0.7V下降到0.6V,達到第二階段的保護電壓。
汽車動力功率需求下降時,燃料電池給動力電池充電。
我們可以看到在這套混動的邏輯里面,整套燃料電池混動系統中燃料電池是輸出的主體,功率瞬間的變化由蓄電池加以調節,以保證燃料電池工作電壓變化區間和變化速度,從而保證催化劑的壽命。
在中國如果下一步推廣燃料電池,結合燃料電池和目前BEV電池特別是LFP電池的特性,是可以改造成一套不一樣的邏輯,恒定功率補電,以動力電池為驅動單元的增程式燃料電池的邏輯。我個人覺得,在增程式路線決定圍繞發動機來做的時候,很多的問題需要克服,但是如果圍繞現有的動力電池大巴把動輒300kWh的電池往下降低到50-100kWh,然后配合一個較小的豐田/本田的電堆。
備注,在參考文獻2里面有一些有趣的論斷:
公交客車結束連續十多年的高增長。公交客車市場 2005-2016 年銷量連續增長(除 2009 年金融危機導致的小幅調整),從 3 萬輛增長至 12 萬輛,銷量規模擴大了 4 倍。2017 年,公交市場首次大幅調整,同比下滑 17.5%,2018 年公交客車銷量未 見明顯改善。參考文獻2
小結:目前來看純電動大巴的玩法已經基本結束了,新能源大巴的增量有待于更有性價比的方案,要么就是嘗試燃料電池的配置,但是對于豐田這種基于HEV的做法,可能的價值是折衷改為增程式的要求,對燃料電池的功率要求低一些。
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原文標題:豐田的燃料電池大巴
文章出處:【微信號:QCDZSJ,微信公眾號:汽車電子設計】歡迎添加關注!文章轉載請注明出處。
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