电动汽车

电电混合的由来

汽车行驶在道路上，行驶状态不断变化，上下坡、加减速，需要发动机/电动机输出不同的功率。如果一辆燃料电池汽车，通过燃料电池发电直接驱动电机，就需要燃料电池不断变化功率载荷。

而，燃料电池似乎并不太喜欢变载，变载必须让进气（氢气、空气）等外部条件随之变化。

从燃料电池电堆（燃料电池系统最核心的发电单元）的角度看，电堆的主歧管流道、入口流道、分配流道、（反应）微流道等等，都是基于某一工况范围设计的。现在电堆功率越设计越大，动辄百千瓦上下。迫于对功率密度的需求，往往要通过大电流密度实现。这让通气条件在全工况下适应非常困难。在负载过大或过小时，电堆可能只能短时间工作，以避免因水热问题造成损坏。

从系统角度讲，燃料电池的辅助系统（BOP，Balance of Plant）似乎也不太喜欢变载。比如空压机会有最合适的一段输出区间，此区间空压机效率较高，且工作稳定。另外，比如更简单的管路，由于管径固定，如果气体量太小，那么气体压力无法控制；如果气体量太大，那么会有很大的压降损失，甚至造成密封失效。

从能量角度讲，所有“体外循环”的电池，在工作过程中，都会有能量的损耗。因为维持电堆运行的供气系统、冷却系统都会消耗能量。当电堆出力较低时，BOP待机功耗相对纯电动系统更大（如同汽车怠速的效果）。同时电堆低功率出力时，为了平衡流场设计和水热管理，往往进气计量数更大。系统能效整体降低。

现代FCV

虽然燃料电池不喜欢变载，但并不代表不能变载。可以通过系统管理来实现。但这是个及其复杂的过程。当系统要求电堆出力提高时，氢气和空气的进气量随之提高，电堆电流密度上升，电堆输出功率上升（但可能伴随效率下降），发热量也随之上升。冷却系统控制冷却泵增加循环水量。氢循环泵循环量增大，阴极（或阳极）排气量和排水量也随之发生变化。

与此同时，电堆单池之间的差异也可能随之增大，系统会采取诊断和保护措施……

可能就是上坡跟车时的一脚油门，系统就要做出一连串的复杂动作。如果哪一步没跟上，燃料电池就像一台涡轮迟滞明显的早起涡轮增压发动机，甚至直接故障。同时，频繁的功率变化也会让燃料电池的寿命加速衰减。

因此，燃料电池整套管理机制，要设计的相当严谨。如果说传统电动车是电和热的组合，那么燃料电池则至少多出两个维度：气体（氢气和空气）和水（氢氧反应产生的水以及冷却液）。电、热、空、氢、水五场合一，相互联动。再加上日益增大的单堆功率，让系统的控制难度呈几何级数上升。燃料电池的成本当中，系统成本至少占三分之二，也是可以理解的。

电电组合的出现，可以大大降低系统管理的难度。因为大部分情况下，通过电池可以减小电堆功率的调节范围。当前，电电混合的常见形式有三种。分别是能量存储、功率平衡、增程续航。

与电动汽车相比，燃料电池汽车在形式上更加符合汽车的要求。一般来说，燃料电池汽车在几分钟，便可充满满足500公里续航的氢气；而特斯拉的Model S，最多只能保证在20分钟内充满续航300公里的电能。当我们计算成本的时候，很少把使用的方便性计算进去。因此，和很多人观点相同，补充氢气更方便是燃料电池的最核心优势。味地提高充电功率，是既损失效率，又损失电池寿命的做法。未来对新能源汽车的要求可能车型更大，续航时间更长，充电时间更短，这就更加凸显了电池所带来的木桶效应。燃料电池的优势则更加彰显。即使把加氢时间降低到3分钟以内，也不会对电堆有丝毫的影响。

目前中国已探索出一条适应国内氢燃料电池汽车技术和产业发展的特色技术路线——“电电混动”。该技术路线相当于将传统插电混动汽车的内燃机系统替换为氢燃料电池系统，让氢燃料电池与动力电池组成新的混动系统。实践证明，具有中国特色的燃料电池汽车“电电混动”技术在商业化初期，适合在中国市场推广应用。

当然，“电电混动”的中国特色也体现了中国氢燃料电池汽车产业化进程中存在的一些问题，主要包括：技术创新能力不强，电堆核心技术、燃料电池系统技术和燃料电池整车技术仍有待进一步攻克；制氢、供氢、加氢系统滞后，造成氢成本剧增；产业胡、商业化进度滞后，产业链建设薄弱等。