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揭秘本田第二代燃料电池系统架构变化

2024-07-31 11:27:19·  来源：燃料电池干货  
　

7月19日，本田CR-V e:FCEV插电式燃料电池SUV于日本正式开售。新车将以租赁形式出售给大力配合FCEV推广的日本各地方自治体和企业等法人顾客、以及个人消费者。本文分享本田CR-V e:FCEV燃料电池系统架构。


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图1 本田CR-V e:FCEV动力系统架构


本田CR-V e:FCEV插电式燃料电池SUV搭载的质子交换膜燃料电池堆峰值功率为92.2 kW(125 PS)。位于车辆尾部的2只储氢瓶总计109 L有效储氢容积，其中前方储氢瓶有效储氢容积53 L，后方储氢瓶有效储氢容积56 L。根据本田官方资料，在氢满和电满情况下，WLTC工况下续航里程约621 km，其中纯电约61 km。本文分享本田CRV e:FCEV燃料电池系统架构。


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图2 本田CR-V e:FCEV


通过电极材料革新、金属密封结构进化、系统BOP简化和电堆生产效率提高，本田新型燃料电池系统的成本降低了2/3左右。其中，在电堆层面，通过最优化发电活性面积提升每节单元的发电功率，新型燃料电池堆在保持与上一代输出功率相近的同时，电堆节数降低了15%。在系统方面，本田较为彻底的对消耗燃料电池系统发电功率的BOP进行了合理化设计，精简了系统零部件，并通过基于模型的推算改变运行条件，为降低成本做了巨大贡献。


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图3 本田CR-V e:FCEV燃料电池系统架构变化


如上图3所示，燃料电池系统低成本化的措施主要包括：1.将上一代两级压缩式电动空压机改为单级压缩式空压机，并将空气压缩机最高转速提高1.5倍；2.通过电堆高湿度运行控制，取消了上一代空气路的加湿器旁路阀；3.通过新型控制方法，取消了空气路的EGR(空气废气再循环)阀和单向阀；4.通过启动时升压控制提高氢气置换效果，取消了氢气循环泵；5.采用基于其他传感器的温度预测和生成水量估算控制，取消了氢气路温度/水位传感器；6.采用在氢气路上游设置腔室和优化氢喷器安装结构，取消了压力切换阀和二次调压阀。


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图4 电堆“废热”利用off(低温)



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图5 电堆“废热”利用on(暖机后)


为提升低温启动性能和续航，本田CR-V e:FCEV燃料电池系统灵活运行电堆“废热”。当FC冷却液处于暖机后的高温状态，燃料电池堆冷却液出口的高温冷却液流入空调加热器和空调单元，用于辅助加热乘员舱，如上图5所示。当FC冷却液处于低温(如零下)时，通过三向阀控制电堆出口冷却液在内循环内流动，用于电堆快速升温，如上图4所示。


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图6 本田CR-V e:FCEV单级压缩式空压机


中冷器通常用于将流经空气压缩机出口压缩升温后的气体降温。在上一代CLARITY FUEL CELL中，为确保冷却性能，燃料电池系统的空气路设置了风冷中冷器和水冷中冷器的两级结构。与之不同，CR-V e:FCEV在扩大风冷中冷器尺寸基础之上，通过优化车辆保险杠开口处的流道，将中冷器的风速提高了约30%。由于只使用气冷中冷器来确保空气冷却性能，因此可以灵活运用水冷中冷器来提高低温启动性能。在CR-V e:FCEV低温启动时，通过水冷中冷器加热吸入的空气，抑制电堆入口部结露水，提高低温启动性能。



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图7 本田CR-V e:FCEV燃料电池系统强制换气构造


通常，在燃料电池汽车发生氢气泄漏时，车载氢气传感器监测识别泄漏后，控制系统主动切断储氢瓶的氢气供应。上一代CLARITY FUEL CELL的燃料电池系统采用自然换气方法，通过通风导管从前挡泥板的排出口排出。本田最新的CR-V e:FCEV采用了强制换气方法，即将供给电堆空气的一部分导入到覆盖燃料电池系统的盖罩内，通过透气阀排出到电动机位置。因此不需要额外的排出口，外观设计干净舒展，如上图7所示。

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