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纯电动大巴时代已经过去了,新能源大巴亟待更具性价比的方案

汽车电子设计 2019-07-28 10:58 次阅读

最近丰田和比亚迪合作的事情,具体的走向和细节我们不清楚,但是有一些东西还是很确定的,在东京奥运会的节点,丰田是要在混动以外开拓和推进的,在燃料电池领域,乘用车还比较遥远,在大巴领域一方面丰田可以继续推进应用,在确定中国的两个合作伙伴以后,有了固定的渠道向中国提供氢燃料电池技术和零部件,而在这套系统里面,动力电池也是模块化的组件,是双方可以合作的点。

今年比亚迪的大巴业务其实掉的挺快的,2018年的新能源客车市场,宇通、金龙和比亚迪位列三甲,市场份额分别为 23.8%、13.5%、12.2%;但是2019年新能源客车销售1,842辆,同比下滑48.93% ,2019年上半年宇通 29.57%、中通12.4%、福田10.7% 、中车5.35% 、南京金龙5.16%,之前的优势损失殆尽。从可能的考虑,合作的可能性在电池、乘用车和客车&燃料电池方面都有涉及,是个交叉的方向,对于比亚迪而言可能是从纯电动大巴往燃料电池来切的契机吧。

丰田最新推出的燃料电池大巴SORA就充分体现了燃料电池模块化的设计思路。这套系统是在原有的基础上迭代过来的,所使用电机(Motor)、功率控制单元(PCU)和蓄电池(Battery)、甚至储氢罐,是在开发Mirai后复用的。

燃料电池功率和容量相互独立,如下来看,丰田基于原有的燃料电池电堆和已有的镍氢电池,弄成挺复杂的电压拓扑结构,可以通过在和国内的电池合作伙伴的配合,更换镍氢电池,在中国调节系统参数来进行调节落地应用。SORA的结构,实从早期的FCV大巴独立的系统,演化为两套独立的系统并联到变速驱动桥上,SORA对每条独立的子系统分别增加了一组蓄电池。

燃料电池的混动系统,一般由燃料电池和动力电池组成,燃料电池管理系统,主要是涉及两功率分配,匹配电机功率。

这个其实是一套混动的逻辑设计:

Stage1:大巴的小功率输出阶段,燃料电池为系统中的主要动力来源。

Stage2:汽车需求功率进一步上升,燃料电池的单体电压被限制到0.7V,即燃料电池的第一阶段保护电压,输出功率不再增加。电机所需功率不足部分,由动力电池补足。

Stage3:当汽车持续高功率运行,动力电池的SOC较低时候,燃料电池的输出功率将重新增加,单体电压从0.7V下降到0.6V,达到第二阶段的保护电压。

汽车动力功率需求下降时,燃料电池给动力电池充电。

我们可以看到在这套混动的逻辑里面,整套燃料电池混动系统中燃料电池是输出的主体,功率瞬间的变化由蓄电池加以调节,以保证燃料电池工作电压变化区间和变化速度,从而保证催化剂的寿命。

在中国如果下一步推广燃料电池,结合燃料电池和目前BEV电池特别是LFP电池的特性,是可以改造成一套不一样的逻辑,恒定功率补电,以动力电池为驱动单元的增程式燃料电池的逻辑。我个人觉得,在增程式路线决定围绕发动机来做的时候,很多的问题需要克服,但是如果围绕现有的动力电池大巴把动辄300kWh的电池往下降低到50-100kWh,然后配合一个较小的丰田/本田的电堆。

备注,在参考文献2里面有一些有趣的论断:

公交客车结束连续十多年的高增长。公交客车市场 2005-2016 年销量连续增长(除 2009 年金融危机导致的小幅调整),从 3 万辆增长至 12 万辆,销量规模扩大了 4 倍。2017 年,公交市场首次大幅调整,同比下滑 17.5%,2018 年公交客车销量未 见明显改善。 参考文献2

小结:目前来看纯电动大巴的玩法已经基本结束了,新能源大巴的增量有待于更有性价比的方案,要么就是尝试燃料电池的配置,但是对于丰田这种基于HEV的做法,可能的价值是折衷改为增程式的要求,对燃料电池的功率要求低一些。

原文标题:丰田的燃料电池大巴

文章出处:【微信号:QCDZSJ,微信公众号:汽车电子设计】欢迎添加关注!文章转载请注明出处。

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