丰田第二代Mirai怠速工况你看懂了吗

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为了规避高电位对材料的腐蚀，提高启动响应性，丰田第二代Mirai乘用车在怠速工况下的非发电期间通过系统零部件动作维持平均单节电压在0.75 V左右。本文分享丰田第二带Mirai乘用车怠速工况下燃料电池系统的间歇运转工况。 燃料电池汽车通常为燃料电池堆和动力电池提供动力的电-电混动车型。在常规的混动模式下，当来自驱动电机的需求功率超过基准值情况，燃料电池系统将参与工作，燃料电池堆发出控制系统功率分配后的目标需求功率。而当来自负载的需求功率为基准值以下，燃料电池系统停止发电且不对外输出，由动力电池向负载提供高、低压电，此时燃料电池堆的电流和功率为0，如车辆静止怠速状态、加速踏板分离状态等。 图1 丰田第二代Mirai乘用车动力系统架构 怠速工况通常指动力系统无负载的运转状态，该工况在车辆的整个生命周期中占据重要角色。在第二代Mirai燃料电池汽车静止怠速时，燃料电池系统在整车能量管理策略下在发电状态和非发电状态间切换。即当动力电池SOC低于50%，燃料电池堆发电，对外输出功率，进入发电状态；当动力电池SOC超过55%，燃料电池停止发电，不对外输出功率，进入非发电状态。一般，在燃料电池系统间歇发电状态下，发电状态一般持续40 s左右，非发电状态持续7 mins左右。虽然在Mirai车辆怠速且动力电池SOC高于50%时燃料电池停止发电，但燃料电池系统却处于间歇运转模式，平均单节电压控制在0.75 V左右。以下分享丰田第二代Mirai燃料电池汽车在怠速工况下燃料电池系统的间歇运转模式。 图2 丰田第二代Mirai怠速工况FC和Battery能量示意 为了规避阴极高电位对催化剂的腐蚀，燃料电池的电压通常维持在0.88 V以下。此外，为了不使怠速工况下阴极电极催化剂过度还原，电压应当维持在0.2 V以上。同时，为了提高从怠速工况下启动的瞬时响应性，阴极腔体应预留一定量的空气，燃料电池电压应维持在0.7 V以上。因此，在怠速期间，燃料电池的电压应当维持在0.7 V~0.88 V间。根据实际对标数据看，第二带Mirai乘用车怠速工况下发电期间的电压通常维持在0.86 V左右，非发电期间燃料电池电压维持在0.75 V左右，如下图3所示。 图3 丰田第二代Mirai怠速工况下电压变化示意 在OCV开路状态下，燃料电池的电压通常在0.9 V以上。为了满足怠速工况下燃料电池停止发电期间的电压维持在0.75 V左右，丰田全球首创和应用了燃料电池系统的间歇运转工况。间歇运转工况指在燃料电池非发电期间，燃料电池系统BOP零部件间歇运转以维持电压在0.75 V左右的工况。 图4 丰田第二代Mirai怠速工况下零部件动作示意 在传统方法中，燃料电池停止发电后先进行耗氧放电，此后通过阀件将阴阳极腔体密封。相反，第二代Mirai乘用车怠速时，当从发电期间切换到非发电期间，由于需要维持电压在0.75 V左右，并没有进行耗氧放电操作。随后，阳极腔体残留氢气以渗透方式逐渐穿过质子膜达到阴极，阴极侧的氧气浓度则逐渐降低，阴极电位逐渐下降。当电压下降至0.73 V左右，空压机(ACP)将短暂开启工作，阴极通入少量空气，阴极腔体氧气浓度提升，电压逐渐提升至0.78 V左右。在非发电期间，空压机呈现脉排工作状态，如上图4所示。注意，在燃料电池系统间歇运转下，为了保证阳极氢气充足，氢气循环泵(HCP)转速持续维持在600 rpm水平且阳极腔室保证一定压力。 更多第二代Mirai测试信息，请持续关注『燃料电池干货』 免责声明 本微信公众号对转载、分享、陈述、观点保持中立，目的在于传递更多信息，仅供参考，版权归原作者所有。如涉及作品版权问题，请与本公众号联系，我们将尽快删除。 -END- 合作请联系微信：HydrogenPhd

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