老司机丨还在电动汽车里打寒颤？快来种草燃料电池，续航力MAX！

老司机

 

在吹IP的作者团队中，有这样一群小伙伴，他们爱汽车、懂高铁，时刻关注技术动态发展，热衷探究技术创新和知识产权的关系，他们是IP圈里专注交通领域的老司机。

在吹IP，他们将会与大家分享交通领域的黑科技，说说地上跑的、天上飞的，新能源汽车、高铁、智能驾驶……他们有数不尽的话题想和大家聊，还会用他们的专长来剖析时下热点问题。

随着气温的不断降低，熟悉的冬日如期而至，在北方的寒冷城市，有人因为漫天的雪花而欣喜若狂，也有人因为凛冽的寒风而苦闷不已。但却有这么一群人，在这肃杀的冬天里因为拥有一辆心爱的“座椅”而独自惆怅——纯电动汽车车主。

而这一切的原因都归咎于：

纯电动汽车的车载电池在低温环境下由于极化原因，导致续航里程大大下降，更没有多余的电量来满足车载空调供电。

看到网友们的吐槽，莫名的同情……

天寒地冻的早晨，车里比外面还冷，走走路好歹还能产点热量，坐在车里只能哆嗦到变形，好不容易摇来的号，弃车真的不甘心，怎么办呢？

电池届的新星——燃料电池

时下，燃料电池因为低排环保且更能适应低温环境，被认为是终极的汽车能源解决方式，所以燃料电池已成为电动汽车的新宠儿。

中国科学院院士欧阳明高曾言：“在低温环境下电池由于极化原因会使汽车续驶里程大大下降，同时还有取暖问题，而燃料电池更容易实现，纯电动相对来说难度就比较大”。

燃料电池是哪方神圣，为何有如此能耐？

主要原因是它在至少三个方面保证了电池的低温运行性能稳定，可以更好的适应低温环境。其中，该三个方面包括：冷启动、水平衡和余热利用。而且，该低温运行性能包括：发动机在低温环境中持续输出电功的能力。

在发动机的冷启动阶段，因为燃料电池的电堆处于时刻被水浸润的状态，在低温环境中，由于低温水凝结而成的成核冰晶会毫不留情的刺穿细胞膜，同样也会破坏燃料电池的膜电极（MEA）结构，造成不可逆的结构损伤，但是又不能没有水，水是氢氧质子交换膜燃料电池的载流子，近似人类的血液，没有水的参与，电发不出来，动力就无从谈起。

故燃料电池的低温冷启动是低温运行性能最关键的指标，而冷启动过程是指发动机从冷态运行至正常工作温度的过程。在此过程中，环境温度一般低于0℃，但在启动过程中燃料电池本身必须有水才能启动且水本身不能结冰、启动过程生成的水又不能结冰，故必须完美的控制启动前水，才能让启动过程的质子有水可依。此外，在启动过程中，氢氧反应生成的水如果不及时排出，就有结冰的可能。当然，在实际车辆应用中，还会用动力电池和燃料电池相互配合的关系完成快速启动。

为解决这一问题，市场上的各大企业均进行了大量的研究以及专利布局。经检索，自2000年至今已公开的专利申请量如下图1所示。从图1中可知，燃料电池低温启动方向的专利申请量一直处于波动上升状态，且从未间断；此外，燃料电池低温启动方向平均每年的申请量能达66.9047619件，并在2019年达到峰值134件。具体详情如图1所示：

图1 燃料电池专利申请量趋势图

另外，上述低温冷启动过程是为了防止结冰，才将大量的水排除了电堆。但启动完成后电堆如果要进行大功率（电流）输出，就需要更多的水作为载流子，所以此时需要让电堆快速湿润起来，才能实现快速、高功率的拉载，充分体现动力性。故在电池启动完成后，需要保证发动机工作区域冷热均匀，并让电池内部的水状态恢复正常，避免磨缸或水淹等失稳现象的发生。

针对这一点，清华大学教授李建秋曾表示，为了保证车载发动机能适应春夏秋冬不同的温度，必须保证发动机内部水平衡，故提及对发动机进行西东集成，以实现含水量闭环自适应控制。因为水燃料电池的产物，含水量的控制是关键。而丰田目前能做到的只是整个电堆的含水量闭环，而我国发动机的系统集成，现在不仅能做到堆的含水量闭环，而且，电堆每片的含水量都可以做到精准诊断，从而可以据此保证在启动完成后电堆能够快速湿润以避免失稳。

此外，值得注意的是，余热利用也是燃料电池能够在冬日保证续航里程的关键部分。

具体的，综合热管理可效提高燃料电池的续航能力。比如一个60—80千瓦的燃料电池发动机，它的输出废热大概是60—80千瓦，这部分热量在夏天的时候要通过散热系统散掉，但如果是在冬天的话，可以拿它来给乘客舱采暖、给动力电池保温，从而实现余热的合理利用，而无需消耗燃料电池或者动力电池自己的电量来维持这个温度，从而实现了在冬天的续航里程和夏天一样。

但是，整车的综合热管理应用于纯电动电池是做不到这一点的，因为纯电动一定要消耗存储电池里的热量来残热，不管是PTC的加热还是好的制热空调，都是要消耗电量的。

消耗动力电池的电量就意味着车在冬天的续驶里程会变短，但是燃料电池不会，燃料电池夏天的时候需要消耗电量来给空调供电，而在冬天的时候只需要用废热给乘客舱保温和采暖。

所以从理论上讲，冬天的里程应该比夏天还长。而清华大学、宇通和福田正在进行相关研究。

通过统计近20年余热利用技术的专利申请量，可了解相关技术的发展趋势，具体详情如图2所示：

图2 余热利用技术专利申请趋势图

从上图2可知，余热利用方面的专利申请量一直处于波动上升状态，特别是在2004-2008年、以及2013-2016年这两个时间段内，余热利用方面的申请量出现大幅度上升，说明在这两个时间段内，余热利用方面取得了不小的技术成就。

此外，通过对近20年余热利用技术相关专利地域分布分析，了解主要专利布局国家，专利布局数量的多少表示技术持有人对不同国家或地区市场的重视程度。具体详情如下图3所示：

图3 余热利用技术专利地域分布图

根据上图3可知，余热利用方面的主要布局区域包括：日本、中国、美国、欧洲和韩国，这也就说明了日本是技术持有人最看重的市场。

此外，因为在这五个国家和地区的专利布局数量远远大于其余国家和地区，所以可以看出这些国家和地区是技术持有人的主要市场。而且，值得注意的是，在这五个国家和地区之间的专利申请数量差距较大，这在一定程度上也说明了技术持有人对待这五个国家和地区的市场的看重程度也有较大差异。

通过搜集相关资料得知，余热利用技术持有人主要包括：通用电气、本田、松下、波音公司、德尔福技术有限公司及三菱东陶等为代表的国外企业。

经过这一系列的分析，可知，涉及余热利用的专利主要布局在日本、中国、美国、欧洲和韩国，技术持有人主要是国外企业，且布局专利主要涉及尾气热量再回收和热电联产等。

总之，燃料电池就是电动汽车续航能力的护身符。燃料电池在冷启动、水平衡和余热利用等相关技术方面均可应对冬日的寒冷，以及确保燃料电池在冬天里的续航里程，从而保障应用有燃料电池系统的电动车在冬日的续航能力，使得电动车车主们免受寒冷的困扰。

说到这里，是不是迫不及待想拥有一辆使用燃料电池的电动汽车啦，然而据笔者了解，现有的燃料电池主要用在公共交通领域，像公交车、轨道交通、船务等，也有趋势往私家车领域发展，期待新能源与续航力早日擦出新的火花，既环保又实用，反正我是种草了，你呢？

图片来源丨网络（侵删）

作者简介：郭正彪，集慧智佳交通事业部咨询师。

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