燃料電池電動(dòng)汽車的行駛與加油行為

　　簡要介紹和研究背景

　　國家可再生能源實(shí)驗(yàn)室（NREL）在該項(xiàng)目中的目標(biāo)是支持美國能源部（DOE）在實(shí)際條件下對(duì)氫燃料電池電動(dòng)汽車（FCEV）進(jìn)行技術(shù)評(píng)估。通過評(píng)估和分析FCEV相關(guān)數(shù)據(jù)來確定技術(shù)的當(dāng)前水平，將其與DOE計(jì)劃目標(biāo)進(jìn)行比較，并協(xié)助評(píng)估多代FCEV技術(shù)的發(fā)展情況。DOE為NREL國家燃料電池技術(shù)評(píng)估中心（NFCTEC）收集和交付數(shù)據(jù)提供資金，用于相關(guān)分析、匯總和報(bào)告。自美國能源部燃料電池技術(shù)辦公室學(xué)習(xí)示范項(xiàng)目于2005年開始以來，這項(xiàng)工作在持續(xù)進(jìn)行。

　　項(xiàng)目合作伙伴包括6家原始設(shè)備制造商（OEM）：通用汽車、本田、現(xiàn)代、梅賽德斯-奔馳、日產(chǎn)和豐田。通過DOE資助ElectricoreInc.的一個(gè)項(xiàng)目，三家原始設(shè)備制造商（日產(chǎn)、豐田和本田）提交了相關(guān)數(shù)據(jù)。每個(gè)項(xiàng)目合作伙伴在該評(píng)估項(xiàng)目中提供多種車型的數(shù)據(jù)，稱為FCEV車隊(duì)，總共6個(gè)車隊(duì)。這些車型有的正處于商業(yè)試驗(yàn)階段，有的已經(jīng)商業(yè)化生產(chǎn)；由車隊(duì)和個(gè)體進(jìn)行駕駛體驗(yàn)，主要選擇從2005年到2012年的車型。由于缺乏相關(guān)數(shù)據(jù)和/或車型未包含在評(píng)估時(shí)段，豐田Mirai和現(xiàn)代Nexo未包括在調(diào)研分析對(duì)象中。原始設(shè)備制造商向NREL提供道路車輛數(shù)據(jù)，用于評(píng)估以下方面：燃料電池組耐久性、部署情況（例如，相關(guān)車輛數(shù)量）、系統(tǒng)規(guī)格、范圍、燃料經(jīng)濟(jì)性、效率、加注燃料性能、可靠性、驅(qū)動(dòng)和填充行為、動(dòng)力和能量管理、燃料電池瞬態(tài)特性（例如，燃料電池動(dòng)力快速增加或減少的頻率），針對(duì)技術(shù)目標(biāo)的基準(zhǔn)和典型汽油車輛的操作、維護(hù)、車載存儲(chǔ)和安全情況。路上車輛數(shù)據(jù)至少每3個(gè)月提供給國家燃料電池技術(shù)評(píng)估中心。更多項(xiàng)目詳細(xì)信息和背景信息可在概述報(bào)告中找到（Kurtz等，2018）。

　　評(píng)估指標(biāo)源自美國能源部燃料電池技術(shù)辦公室的多年研究、開發(fā)和示范計(jì)劃（FCTO 2015），主要考慮燃料電池耐久性、效率、規(guī)格和儲(chǔ)氫類別。根據(jù)這些度量標(biāo)準(zhǔn)，還將獲得此報(bào)告中包含的一些復(fù)合數(shù)據(jù)產(chǎn)品（CDP）。該分析還利用了聯(lián)邦公路管理局根據(jù)美國運(yùn)輸部收集的全國家庭旅行調(diào)查（NHTS）數(shù)據(jù)。此外，還使用來自主要汽油供應(yīng)商的典型加油站燃料數(shù)據(jù)和趨勢(shì)與FCEV加注燃料數(shù)據(jù)進(jìn)行了比較。

　　本報(bào)告針對(duì)性地討論了行駛里程、燃料經(jīng)濟(jì)性、駕駛和燃料加注行為以及加注性能等主題。來自當(dāng)前技術(shù)驗(yàn)證項(xiàng)目的數(shù)據(jù)被納入先前車輛技術(shù)驗(yàn)證項(xiàng)目的分析結(jié)果（Wipke等人，2012），因?yàn)樵擁?xiàng)目自2005年以來一直在持續(xù)進(jìn)行（FCEV學(xué)習(xí)示范項(xiàng)目，也稱為控制條件下氫能車隊(duì)和基礎(chǔ)設(shè)施示范和驗(yàn)證項(xiàng)目）。由于各自的開發(fā)和生產(chǎn)計(jì)劃不同，OEM廠商之間目前的FCEV技術(shù)進(jìn)步和技術(shù)水平也各不相同。

　　相關(guān)部署

　　截至2018年春季，來自各種制造商的230多輛汽車產(chǎn)生了700多萬英里的數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)促成了這項(xiàng)工作成果。圖1描繪了自2006年以來生產(chǎn)的車輛數(shù)量和累計(jì)里程的進(jìn)展。數(shù)據(jù)的中斷部分代表從學(xué)習(xí)示范期過渡到當(dāng)前評(píng)估項(xiàng)目的日期，相關(guān)數(shù)據(jù)沒有報(bào)道。

　　本研究中包括的大多數(shù)車輛是自2006年以來的早期驗(yàn)證和預(yù)生產(chǎn)車型。由于合同限制或缺乏數(shù)據(jù)提供伙伴，最新一代商用FCEV的數(shù)據(jù)未包括在分析中。

車輛總數(shù)和累計(jì)行駛里程（CDP-FCEV-53）

　　行駛里程

　　此部分正文部分已略去，圖保留。

公布的汽油范圍和每加侖汽油當(dāng)量的里程數(shù)

平均道路車輛范圍（CDP-FCEV-147）

加油之間的實(shí)際距離（CDP-FCEV-106）

　　燃油經(jīng)濟(jì)性

　　燃油經(jīng)濟(jì)性是根據(jù)路上燃料電池堆電流和EPA燃油經(jīng)濟(jì)性等級(jí)的組合來測(cè)量的。圖4所示的結(jié)果將平均道路燃油經(jīng)濟(jì)性與被測(cè)車輛的百分比進(jìn)行匯總。該分析不包括不足1英里的行程，并提供EPA聯(lián)合城市/高速公路評(píng)級(jí)。FCEV車隊(duì)的平均燃油效率中位數(shù)為51英里/公斤（51.6英里/加侖），平均范圍為34~57.5英里/公斤（34.4~58.1英里/加侖）。學(xué)習(xí)示范車隊(duì)的公路燃油經(jīng)濟(jì)性為第1代的氫氣為31~45英里/千克，第2輪為26~52英里/公斤氫氣（參考圖5）。相比之下，2013年平均汽油動(dòng)力汽車在EPA測(cè)試中返回27.6英里/加侖，證明FCEV幾乎是平均道路燃油效率的兩倍（這包括從轎車到運(yùn)動(dòng)型多用途車的多個(gè)車輛平臺(tái)）。FCEV車隊(duì)的平均實(shí)際道路燃油經(jīng)濟(jì)性略低于EPA確定的“車窗貼紙”值，正如目前出售的大多數(shù)常規(guī)動(dòng)力車輛一樣。

平均道路車輛燃油經(jīng)濟(jì)性（CDP-FCEV-114）

　　此外，還研究了作為平均行駛速度和行駛長度函數(shù)的整個(gè)車隊(duì)的道路燃油經(jīng)濟(jì)性。如圖6所示，平均行駛速度直接影響道路燃油經(jīng)濟(jì)性。數(shù)據(jù)表明，燃油經(jīng)濟(jì)性峰值約為25英里/小時(shí)，平均燃油效率為51英里/千克（從5英里/小時(shí)增加一倍），在車速超過45英里/小時(shí)后開始下降。

道路燃料經(jīng)濟(jì)趨勢(shì)（CDP-FCEV-32）

平均行程速度對(duì)燃油經(jīng)濟(jì)性的影響（CDP-FCEV-141）

　　加油行為

　　FCEV提供的駕駛和加油體驗(yàn)與傳統(tǒng)汽油動(dòng)力汽車相似。制造商和利益相關(guān)者試圖了解車輛的使用方式是否與傳統(tǒng)車輛相同，或者車輛的使用是否過于“受控”，不符合典型的駕駛行為。將FCEV駕駛和加油事件的一天每時(shí)和一周每天的使用數(shù)據(jù)，與典型的NHTS汽油動(dòng)力車使用數(shù)據(jù)（NHTS2009）以及源自雪佛龍使用數(shù)據(jù)的典型加油站概況進(jìn)行比較（Chen2008）。

　　圖7和圖8分別按天和按周統(tǒng)計(jì)了FCEV車隊(duì)的駕駛事件。共記錄了177428起駕駛事件，其中75%的行程發(fā)生在早上6點(diǎn)到晚上7點(diǎn)之間。數(shù)據(jù)表明，車隊(duì)中運(yùn)行的FCEV與傳統(tǒng)汽油動(dòng)力汽車的駕駛方式相同。在早晚通勤時(shí)間，F(xiàn)CEV的使用率略有下降，周五和周六的總體使用率也有所下降。這可能是每個(gè)車隊(duì)運(yùn)營商和大部分雇傭司機(jī)在工作日制定的道路測(cè)試協(xié)議和駕駛時(shí)間表的結(jié)果。

按某天每時(shí)統(tǒng)計(jì)的FCEV駕駛（CDP-FCEV118）

按某周每天統(tǒng)計(jì)的FCEV駕駛（CDP-FCEV 119）

按某天每時(shí)統(tǒng)計(jì)的加油（CDP-FCEV116）

按某周每天統(tǒng)計(jì)的加油（CDP-FCEV 117）

　　加充表現(xiàn)

　　此部分正文部分已略去，圖保留。

與SAEJ2601（CDP-FCEV149）相比的填充壓力和溫度

車輛油箱溫度：填充事件之前和之后（CDP-FCEV129）

填充事件后的車輛油箱溫度和壓力（CDP-FCEV130）

　　結(jié)論

　　通過12年的實(shí)際驗(yàn)證，DOE評(píng)估了230輛已運(yùn)行的車輛，這些車輛通過740萬英里的逐秒數(shù)據(jù)傳輸并發(fā)布了100多個(gè)CDP，以便將技術(shù)結(jié)果傳達(dá)給廣大的利益相關(guān)者。該項(xiàng)目滿足了數(shù)據(jù)分析的迫切需求，以便為車輛和站點(diǎn)技術(shù)的早期研發(fā)和商業(yè)準(zhǔn)備提供信息。詳細(xì)的數(shù)據(jù)產(chǎn)品已發(fā)送給每個(gè)貢獻(xiàn)的數(shù)據(jù)合作伙伴，并告知車輛制造商他們?nèi)绾闻c整體行業(yè)性能進(jìn)行比較，從而支持與增加的范圍，燃油經(jīng)濟(jì)性，性能和可用性相關(guān)的內(nèi)部研發(fā)決策。結(jié)果還用于向技術(shù)團(tuán)隊(duì)通報(bào)關(guān)鍵技術(shù)的進(jìn)展情況并找出差距。

　　根據(jù)數(shù)據(jù)，DOE觀察到FCEV平均達(dá)到傳統(tǒng)汽油動(dòng)力汽車燃油經(jīng)濟(jì)性的兩倍。此外，對(duì)于預(yù)生產(chǎn)的FCEV型號(hào)，行駛里程已經(jīng)改善并且已經(jīng)超過250英里。目前可用的商業(yè)FCEV超過300英里。FCEV也證明了在行業(yè)采用的標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)的安全運(yùn)行。FCEV也以與傳統(tǒng)汽油動(dòng)力汽車相同的方式使用和加油，為氫氣基礎(chǔ)設(shè)施利用和需求規(guī)劃提供詳細(xì)數(shù)據(jù)。NREL正在利用加油數(shù)據(jù)開發(fā)預(yù)測(cè)加油需求模型，該模型可與氫氣站集成，以實(shí)現(xiàn)操作和控制改進(jìn)以及優(yōu)化。駕駛時(shí)間和趨勢(shì)的相似性有助于支持預(yù)測(cè)的加氫需求。車載油箱加油數(shù)據(jù)支持從車輛角度了解車站加油性能，并用于了解填充時(shí)預(yù)期極端溫度條件下油箱溫度的實(shí)際范圍。

　　近年來，隨著汽車制造商（OEMS）推出商用FCEV車型，F(xiàn)CEV發(fā)展迅速。技術(shù)驗(yàn)證項(xiàng)目期間生成的性能和耐久性數(shù)據(jù)對(duì)于驗(yàn)證DOE目標(biāo)至關(guān)重要，但也有助于更新長期目標(biāo)，并推動(dòng)未來的研究和開發(fā)需求，從而產(chǎn)生更強(qiáng)大的FCEV。

　　DOE將繼續(xù)是NFCTEC氫燃料電池汽車和基礎(chǔ)設(shè)施分析結(jié)果以及其他氫組件和系統(tǒng)評(píng)估結(jié)果的主要存儲(chǔ)庫。