燃料电池在汽车替代ECE/ICE后的效果

自从20世纪60年代以来，燃料电池就已经在航天器上提供电能了，但直到20世纪90年代末，汽车制造商才真正把它们作为对ECE/ICE的替代而开始关注。通过使用氢或氧气作为燃料（非石油），FC的燃料效率要比ECE/ICE更大，同时只排放水蒸气。

由FC HE变速器装置动力驱动的HEV，有着带ECE/ICE的传统车辆肯定没有的诸多特性。FCEV在运动中不会产生任何类型的废气排放，并实现远超任何同时代ECE/ICE的燃料效率级别。它支持90%的最大能量转换效率，从而提供任何已知DBW AWD驱动机电一体化系统的最大比输出（功率燃料比）。

通过把两个超前自主机电一体化控制系统装配进一个先进的FCEV动力系统中，汽车科学家和工程师已经取得了燃料效率的大幅增加。在大多数HE DBW AWD驱动模式中，FC堆可提供唯一的FCEV动力系统电能源。

然而，当需要一个更高水平的电能时，CH-E/E-CH蓄电池组的创新设计可能会有点问题。这一CH-E/E-CH蓄电池组用于整个机电一体化系统的启动、照明和点火（SLI），也在快速加速期间提供补充的推力。

当需要快速加速时，FCEV能量管理机电一体化系统会变为一个加速模式，从而将蓄电池变为与燃料电池（FC）并联来提供一个补充量的驱动。这意味着相比目前FC技术独立地提供，两个机电一体化系统往往在或接近其最有效点（sweet spot）工作，从而使得FCEV的能量管理机电一体化系统能提供增强的性能。这句习语（idiosyncratic to persons who play golf）是由汽车科学家和工程师为其性能地图的最优工作范围而总结的，在最优工作范围中两个能源，即PES和SES，一起配合来传送一个要比额定最大功率值会预期到的更高的功率输出。当代的混合改变激励提供特定尺寸的优势。CH-E/E-CH蓄电池和FC电池堆两者均是已经成熟的具有最优能量转换效率的智能元件。在此之前，HE DBW AWD驱动机电一体化控制系统可以大规模地适应高速公路，没有任何该解决方案所必须要做的残留评估：加燃料和最大行程里程依然是最需要调查研究的典型问题之一。FCEV中使用的FC堆应该高度发达，以至于能与有点像批准用于高速公路应用的航空舱相比。没有其他的FCEV动力系统会比FCEV中使用的级联概念更强大、更快，同时更为环保清洁。

FC堆表现得就像一个大型汽油动力发电机，将冷燃烧过程（cold-combustion process，CCP）中产生的电能输送至E-M电动机。FCEV中使用的FC堆容许纯气态氢来产生驱动E-M电动机的电能。

FCEV动力系统包括FC堆、氢气和空气机电一体化控制系统，以及驱动功率的电子控制装置。FCEV动力传动系统不需要一个传统的变速器，因为其E-M电动机输出功率和转矩能达到以前在轨道交通中实现的水平。

无污染和安静的汽车的FCEV动力系统显示了技术进步水平，这种水平已被ECE/ICE制造商梦想了多年。

FC固有的能量转换效率代表了这种核心部件的能力。

比如，在最好的情况下，一台汽油ECE/ICE能够将其燃料的能源潜力的30%转换成动力，或者一台ECE/ICE能获得大约40%的能量转换效率。这些比率与负载和加速度范围有关，当ECE/ICE在最大转矩下满载工作时，可使ECE/ICE以所有高水平的能量转换效率工作。

在标准的情况下，没有汽车只在一个恒定的加速度模式下运行。实践表明，反复发生的走走停停的交通或角速度限制，ECE/ICE依照不同模式中的一个规则函数，将标准ECE/ICE的能量效率大大降低到了不到柴油发动机20%和汽油发动机15%的平均值。FC实现与ECE/ICE完全不同的燃料经济性水平。在一个广泛范围的部分负载运行内，FC的热力效率被评估为大约60%，在低负载下的瞬时峰值增加到90%以上。(www.xing528.com)

加上电动助力机电一体化系统，带来的最终结果是整个能量转换效率超过了60%，也就是ECE/ICE的3～4倍。

为了进一步提高FCEV的整体能量转换效率，它具有另外两个发展前景。这两个发展前景适应：获得一个有利的能量转换率；轻质结构和一个再生制动机电一体化控制系统。FCEV的轻质结构使用超过100个的优化质量的零件。制造这些零件的技术深植于从赛车运动和先进材料研究中收集获得的丰富的经验。

FCEV的再生制动包含一个非常先进的BBW AWB制动机电一体化系统。该机电一体化控制系统带有一个ECU，能将制动脚踏板的压力和运动变成流体制动功率。

对于低减速度，驱动E-M电动机可以作为一个M-E发电机制动运转，从而使得超过95%的所有制动动作可以被用来产生电能。产生的电能提供回CH-E/E-CH蓄电池。

除了BBW AWB制动机电一体化控制系统的受限制的压力，这一过程提高了整个FCEV的内部能量转换效率。在最简单的系统中，FC是化学电（CH-E）装置，这些装置能将气态氢和氧气中的化学能转换成电能和热能（热）以及化学能（水）。数量不多的已知和已开发的试验FCEV正在促进其发展，但对于大规模生成而言，FC技术是昂贵和明显太“前卫”的。

商品化生成FCEV遇到的又一道障碍是氢基础设施的缺乏。比如：没有供驾驶人填补其燃料箱的带氢M-F泵的服务站【MADER AND GERTH 2004】。

FC发展背后的进一步推动力量是美国加州大气委员会（CARB）在1990年通过的旨在降低空气污染的ZEV要求。比如，ZEV规定要求到2010年末所有在美国销售的新车的10%是零排放的，而这只有CH-E/E-CH蓄电池驱动的AEV可以做到。

作为一种替代，HEV在大众市场的反应是不成功的，而CARB已经慢慢地放弃了其最初的ZEV要求。FC的发展可以改变这一状况【MADER AND GERTH 2004】。

HE DBW 2WD驱动机电一体化控制系统的FC H-E变速器装置，和它的包括FC的FC混合系统，也就是PES和CH-E/E-CH蓄电池（一个并联的SES，两者都根据HEV的稳定和过渡情况而被最优机电一体化控制），可以组合得到更好的燃料经济性，同时也提供HEV过渡情况中的超前响应性。在FCEV能够将加速性能提高至传统的由ECE/ICE驱动的汽车的水平的同时，它实现的能量转换效率要好3倍。