從規(guī)模化應(yīng)用角度來看，氫燃料電池汽車尚未大規(guī)模普及。在燃料電池汽車擴(kuò)大推廣的制約因素中，經(jīng)濟(jì)性是當(dāng)前急需突破的一個問題。

燃料電池汽車主要涉及車輛購置成本和燃料使用成本兩方面。隨著整個產(chǎn)業(yè)鏈的完善和技術(shù)提升，燃料電池購置成本越來越低。而受制于氫氣制儲運(yùn)加系統(tǒng)成本居高不下，部分燃料電池汽車的使用成本仍遠(yuǎn)高于燃油車和電動車。當(dāng)前，如何降低氫耗讓燃料電池汽車使用更經(jīng)濟(jì)？成為燃料電池企業(yè)必須要克服的一道難題。

“目前行業(yè)氫-油能耗平衡點(diǎn)為35元/kg，隨著實(shí)際裝車的增多，我們發(fā)現(xiàn)燃料電池發(fā)動機(jī)仍需要提高效率，來保證長距離運(yùn)輸?shù)慕?jīng)濟(jì)性。雄韜將降低氫耗方法歸納為‘五步走‘，分別為：提升電堆效率；降低輔助功耗；提高氫氣利用率；整車熱管理、能量管理；用戶端的使用方式。通過這五步走，雄韜已讓燃料電池汽車氫-油能耗平衡點(diǎn)達(dá)到40元/kg。”雄韜氫雄副總經(jīng)理唐廷江博士介紹道。

第一步：提升電堆功率，增加能量轉(zhuǎn)化率

燃料電池運(yùn)行工作時平均單體電池電壓越高，它的能量轉(zhuǎn)換效率也會隨之增高。從理論來看，燃料電池工作單片電壓從0.6V提高到0.8V，效率可以從48%提高到64%，百公里氫耗可隨之下降13.8%。比如重卡百公里氫耗10kg氫氣，效率提高后只需8.63kg。然而電堆提高工作電壓，容易對壽命或者耐久性產(chǎn)生影響，故額定工作電壓的設(shè)定還需要綜合衡量而定。

唐廷江表示，平均單片電池電壓過高容易產(chǎn)生高電位，導(dǎo)致膜電極內(nèi)部碳載體碳化。因此一般要保證平均單片電池電壓在0.85V以下。目前部分優(yōu)秀燃料電池企業(yè)能做到平均單片電池額定電壓在0.65V左右。雄韜通過對電堆的優(yōu)化設(shè)計，可以將燃料電池的平均單片電池額定電壓提升到0.7V，通過平均單片電池電壓提升，將燃料電池發(fā)動機(jī)效率提升8%左右。

第二步：降低輔助功耗，為電池減負(fù)

由于燃料電池BOP系統(tǒng)在運(yùn)行過程中也會產(chǎn)生功耗，因此燃料電池電堆輸出功率要大于燃料電池電池整體系統(tǒng)輸出功率。以150kW燃料電池系統(tǒng)為例，其電堆輸出功率約為180kW。其中30kW為寄生功耗，這就包括空壓機(jī)功耗、水泵功耗以及氫氣循環(huán)泵功耗等。

在燃料電池寄生功耗中，空壓機(jī)功耗占比最大，約占燃料電池輔助功耗的80%。而膨脹機(jī)（帶能量回收的）空壓機(jī)可以利用渦輪膨脹做功的原理，把電堆排氣中的一部分能量加以回收利用，從而降低空壓機(jī)對于電源功率的需求。

海德韋爾總經(jīng)理俞宇楓博士告訴高工氫電，在實(shí)際應(yīng)用中，從系統(tǒng)的角度出發(fā)+合理的設(shè)計/匹配，空壓機(jī)能效比大于100%是完全可行的。海德韋爾膨脹機(jī)在客戶端系統(tǒng)測試結(jié)果整機(jī)效率為103%-115%，空壓機(jī)功耗減少30%以上，使系統(tǒng)效率提高6-7%，甚至更高。

此外，在氫循環(huán)部件中，越來越多的燃料電池系統(tǒng)企業(yè)考慮用無功耗引射器來代替有功耗的氫氣循環(huán)泵。鸞鳥電氣總經(jīng)理陸路明表示，過去由于引射器在低功率段工作困難，因此大功率的燃料電池系統(tǒng)基本采用循環(huán)泵+引射器的方案。鸞鳥電氣通過二維&三維文丘里管設(shè)計及仿真、引射器全模型仿真、氫氣引射系統(tǒng)總成開發(fā)等方面的努力，已經(jīng)完全攻克3-5kW小功率的引射循環(huán)難題，開發(fā)出基于用戶多樣化需求的適配3~300＋kW系統(tǒng)的氫氣引射循環(huán)系統(tǒng)總成、氫氣集成引射器等系列產(chǎn)品，真正實(shí)現(xiàn)零寄生功率。

唐廷江表示，雄韜燃料電池的輔助系統(tǒng)通過采用膨脹機(jī)、氫引射循環(huán)系統(tǒng)等設(shè)備，將輔助功耗降低了30%左右，從而使整車的氫耗量進(jìn)一步降低。

第三步：提高氫氣利用率，減少未反應(yīng)氫氣排出

在燃料電池發(fā)動機(jī)的啟動、停機(jī)以及正常運(yùn)行過程中，一部分未參與反應(yīng)的氫氣隨著尾氣排出。據(jù)悉，燃料電池在啟停過程中，為了排出停機(jī)過程中滲透到陽極回路的雜質(zhì)氣體，在開機(jī)時需要用氫氣對陽極回路進(jìn)行吹掃；而在關(guān)機(jī)過程中，為了充分排出陽極回路內(nèi)積累的液態(tài)水并控制膜電極的含水量，也需要對陽極回路進(jìn)行吹掃，會有部分氫氣被直接排到環(huán)境中。

在燃料電池正常運(yùn)行中，陰極的氮?dú)夂蜕傻囊簯B(tài)水會隨著濃度梯度滲透到陽極，必須及時排出。因此，需要周期性開啟排水和氣體凈化閥，在此過程中會有部分未參加反應(yīng)的氫氣被排出。

唐廷江介紹，雄韜專門對燃料電池做了開關(guān)機(jī)吹掃優(yōu)化和排水排氮策略優(yōu)化，根據(jù)氮?dú)鉂B透速率、陽極氮?dú)夥e累濃度限值、陽極出口水含量、性能綜合衡量，從而保證了氫氣的有效利用率在98%以上。

第四步：優(yōu)化整車熱管理、做好能量分配管理

在燃料電池系統(tǒng)連續(xù)工作的過程中，電堆將產(chǎn)生持續(xù)的熱量輸出，導(dǎo)致系統(tǒng)的溫度上升。通過廣泛的研究證明，75℃~85℃的工作溫度能夠使電堆內(nèi)部的電化學(xué)反應(yīng)維持在較優(yōu)狀態(tài)。所以，高效的燃料電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)能夠有效的提升電堆以及燃料電池整體的性能、壽命和安全性。

雄韜通過燃料電池系統(tǒng)內(nèi)部多個傳感器采集數(shù)據(jù)，采用了更加精確的智能算法控制溫度。并且對風(fēng)扇和膨脹水箱進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計，使系統(tǒng)各部件的溫度控制配合更流暢，從而降低了20%-30%的功耗。

此外，雄韜還計劃通過熱泵空調(diào)將燃料電池在發(fā)電的過程中會產(chǎn)生大量的熱，用于駕駛艙的供暖。這樣通過熱回收，在冬季不僅能給汽車內(nèi)部供暖，還不能節(jié)省下原來汽車空調(diào)制熱造成的能量損耗。

在能量分配方面，根據(jù)整車的使用工況，合理的分配燃料電池發(fā)動機(jī)與鋰電池的功率，使燃料電池發(fā)動機(jī)盡可能工作在高效區(qū)間，也是降低氫耗的有效措施。

唐廷江介紹，雄韜集團(tuán)同時布局鋰電和氫能產(chǎn)品，通過系統(tǒng)仿真和實(shí)車驗(yàn)證來優(yōu)化控制策略，讓自研的鋰電池和氫燃料電池更好地結(jié)合，可大大降低客戶使用成本。目前雄韜自主研發(fā)的氫鋰結(jié)合燃料電池發(fā)動機(jī)已進(jìn)入量產(chǎn)，該款發(fā)動機(jī)可以有效降低發(fā)動機(jī)氫能耗，讓大巴車增加續(xù)航20多公里，大巴車運(yùn)行每100公里可節(jié)省30多元。

第五步：進(jìn)行用戶端培訓(xùn)、規(guī)范操作降氫耗

當(dāng)前，氫燃料電池汽車作為新興汽車產(chǎn)品，對駕駛員來說也需要一個適應(yīng)過程。雄韜的策略是通過專職售后對駕駛員進(jìn)行培訓(xùn)，來避免司機(jī)急加速操作。同時教導(dǎo)用戶嚴(yán)格按照操作手冊使用及保養(yǎng)，幫助用戶進(jìn)一步節(jié)省使用成本，降低氫氣損耗。

唐廷江表示，雄韜通過五步走的戰(zhàn)略，一點(diǎn)點(diǎn)從細(xì)節(jié)上提高燃料電池發(fā)動機(jī)效率、降低氫耗。目前雄韜燃料電池發(fā)動機(jī)平均效率達(dá)到50%-60%，系統(tǒng)整體降低氫耗20%左右。10.5米的大巴車每百公里氫耗可以做到約為4.3kg，49噸重卡每百公里氫耗約為10kg。預(yù)計到2025年，雄韜燃料電池發(fā)動機(jī)平均效率達(dá)到65%-70%，系統(tǒng)整體降低氫耗30%。