誰是燃料電池的好基友？（上篇）

1. 引子

在度娘上打上「鋰離子電池 燃料電池」，頁面內容清一色都是討論究竟鋰離子電池和燃料電池之間誰更強？然而真實情況是，鋰電和燃電非但不是死對頭，而是一對好基友。鋰電現在應用的領域主要是三大塊，分別為攜帶型電子設備、電動交通載具和儲能電源。除了在儲能電源方面，燃電和鋰電還會產生直接競爭。攜帶型電子設備領域，燃電因為體積問題被鋰電花式吊打，根本對鋰電形成不了威脅。至於在電動交通載具領域，燃電和鋰電是互利共生的關係。為什麼？請繼續看下去。

2．燃料電池車為什麼需要峰值電源

2.1 燃料電池動力系統瞬態響應滯後

燃料電池車中驅動電機的電能當然是來自燃料電池。如大家所知，燃電是利用氫氣和氧氣反應生成電能的。發電過程中要保持氫氣和氧氣的供給。燃料電池輸出功率也由兩種氣體的流量所決定。一般氫氣由鋼瓶來供給，比較穩定；而氧氣則由空壓機壓縮空氣供給。空壓機的轉速決定了燃料電池的氧氣流量。綜上，在一定程度上，空壓機的轉速決定了燃料電池的輸出功率。

現在試想兩個場景：

2.1.1車輛冷啟動時候

當你在車內按打火時候，氫氣電磁閥打開，空壓機通電了，從0上升到額定轉速可能要0.5s。再補充說一下燃電在通入氫氣和氧氣後也是不能立刻上升到額定功率的，而且還要等電堆溫度上升到額定工作溫度，一般是70℃左右。然後再等電堆升溫。終於可以正常發車了，時間可能距離你打火那個瞬間已經過去了10分鐘。更重要是，如果燃料電池車只有燃電能供電，打火時候，電磁閥和空壓機的電是從哪裡來的？

2.1.2車輛急加速時候

這時，你在高速上，前面一台貨車壓著80碼跑當門神，你先踩了腳剎車，準備變道加速超車，一腳油門下去，空壓機提速，氣體流量增大，燃電「感受」到更多氣體後開始增大輸出功率，電機接收更多電能後提高轉速。這一過程耗時大約幾十秒，這段時間足夠讓後面的車懟上你了。

造成以上問題的根本原因是燃料電池動力系統瞬態響應滯後。滯後主要有兩方面的原因，一是BoP機械遲滯，這個可以寄望日後技術發展會帶來改進；二是燃電本身的響應遲滯，這是燃電反應原理所帶來的固有屬性，無法改變。

因此，燃料電池車若採用單一電力源，根本無法滿足日常行駛的即時響應的需求。

2.2 輸出特性不匹配導致效率低

雖說燃電能量轉換效率高，輕鬆能得達到50%，內燃機尚未能到達40%。但是輸出特性和電機輸出特性不匹配時候，能量轉換效率再高也白搭。

如下圖，藍色曲線是100kW燃電電堆的V-P曲線，紅色曲線是100kW電機的的V-P曲線。由圖可知，當電機低功率輸出時，恰逢是燃電的高功率輸出段；電機高功率輸出段又遇燃電低功率輸出段。

又如下圖，藍色曲線是燃電的效率曲線，如果電機由燃電單一供電，那麼作為一輛普通乘用車上的電機，大部分時候它都是運行在30kw以下區間，即圖中紅點部分，不巧的那是燃電的低效率區間。

2.3 折壽

如2.2所說，如果燃料電池車由燃電作為單一電源驅動，那麼燃電會長期運行在低功率區間，對應燃電高電位區間。然而燃料長時間處於高電位是會出大問題的，原因有2：

1、在陰極，電壓足夠高去形成傳導鈍化膜，雖然能保護金屬不受腐蝕，但會增加接觸電阻；

2、催化劑中的碳載體在高電位下容易被氧化，氧化帶來兩個問題，鉑失去載體和碳疏水性受影響而水淹。

上述兩個問題均是燃電電堆失效的表現，所以長時間高電位運行對削減燃電壽命。

1、電機能始終得到及時的電能需求相應；

2、燃電始終運行在其最佳效率區間；

3、峰值電源始終運行在其最佳效率區間；

未完待續。。。。。。可能大概也許maybe要下下周才能更下篇