丰田的燃料电池大巴

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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。

参考文章：

1）Development of Fuel Cell (FC) System for New Generation FC Bus

Tomohiro Ogawa, Kenji Umayahara, and Yoshihiro Ikogi Toyota Motor Corp.

2）客车行业专题报告 漫漫冬夜，剩者为王

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文章来源: https://www.toutiao.com/group/6718506811487420936/