氢燃料电池电动汽车（FCEV）技术评估报告

简要介绍和研究背景

国家可再生能源实验室（NREL）在该项目中的目标是支持美国能源部（DOE）在实际条件下对氢燃料电池电动汽车（FCEV）进行技术评估。通过评估和分析FCEV相关数据来确定技术的当前水平，将其与DOE计划目标进行比较，并协助评估多代FCEV技术的发展情况。DOE为NREL国家燃料电池技术评估中心（NFCTEC）收集和交付数据提供资金，用于相关分析、汇总和报告。自美国能源部燃料电池技术办公室学习示范项目于2005年开始以来，这项工作在持续进行。

项目合作伙伴包括6家原始设备制造商（OEM）：通用汽车、本田、现代、梅赛德斯-奔驰、日产和丰田。通过DOE资助ElectricoreInc.的一个项目，三家原始设备制造商（日产、丰田和本田）提交了相关数据。每个项目合作伙伴在该评估项目中提供多种车型的数据，称为FCEV车队，总共6个车队。这些车型有的正处于商业试验阶段，有的已经商业化生产；由车队和个体进行驾驶体验，主要选择从2005年到2012年的车型。由于缺乏相关数据和/或车型未包含在评估时段，丰田Mirai和现代Nexo未包括在调研分析对象中。原始设备制造商向NREL提供道路车辆数据，用于评估以下方面：燃料电池组耐久性、部署情况（例如，相关车辆数量）、系统规格、范围、燃料经济性、效率、加注燃料性能、可靠性、驱动和填充行为、动力和能量管理、燃料电池瞬态特性（例如，燃料电池动力快速增加或减少的频率），针对技术目标的基准和典型汽油车辆的操作、维护、车载存储和安全情况。路上车辆数据至少每3个月提供给国家燃料电池技术评估中心。更多项目详细信息和背景信息可在概述报告中找到（Kurtz等，2018）。

评估指标源自美国能源部燃料电池技术办公室的多年研究、开发和示范计划（FCTO 2015），主要考虑燃料电池耐久性、效率、规格和储氢类别。根据这些度量标准，还将获得此报告中包含的一些复合数据产品（CDP）。该分析还利用了联邦公路管理局根据美国运输部收集的全国家庭旅行调查（NHTS）数据。此外，还使用来自主要汽油供应商的典型加油站燃料数据和趋势与FCEV加注燃料数据进行了比较。

本报告针对性地讨论了行驶里程、燃料经济性、驾驶和燃料加注行为以及加注性能等主题。来自当前技术验证项目的数据被纳入先前车辆技术验证项目的分析结果（Wipke等人，2012），因为该项目自2005年以来一直在持续进行（FCEV学习示范项目，也称为控制条件下氢能车队和基础设施示范和验证项目）。由于各自的开发和生产计划不同，OEM厂商之间目前的FCEV技术进步和技术水平也各不相同。

相关部署

截至2018年春季，来自各种制造商的230多辆汽车产生了700多万英里的数据，这些数据促成了这项工作成果。图1描绘了自2006年以来生产的车辆数量和累计里程的进展。数据的中断部分代表从学习示范期过渡到当前评估项目的日期，相关数据没有报道。

本研究中包括的大多数车辆是自2006年以来的早期验证和预生产车型。由于合同限制或缺乏数据提供伙伴，最新一代商用FCEV的数据未包括在分析中。

车辆总数和累计行驶里程（CDP-FCEV-53）

行驶里程

此部分正文部分已略去，图保留。

公布的汽油范围和每加仑汽油当量的里程数

平均道路车辆范围（CDP-FCEV-147）

加油之间的实际距离（CDP-FCEV-106）

燃油经济性

燃油经济性是根据路上燃料电池堆电流和EPA燃油经济性等级的组合来测量的。图4所示的结果将平均道路燃油经济性与被测车辆的百分比进行汇总。该分析不包括不足1英里的行程，并提供EPA联合城市/高速公路评级。FCEV车队的平均燃油效率中位数为51英里/公斤（51.6英里/加仑），平均范围为34~57.5英里/公斤（34.4~58.1英里/加仑）。学习示范车队的公路燃油经济性为第1代的氢气为31~45英里/千克，第2轮为26~52英里/公斤氢气（参考图5）。相比之下，2013年平均汽油动力汽车在EPA测试中返回27.6英里/加仑，证明FCEV几乎是平均道路燃油效率的两倍（这包括从轿车到运动型多用途车的多个车辆平台）。FCEV车队的平均实际道路燃油经济性略低于EPA确定的“车窗贴纸”值，正如目前出售的大多数常规动力车辆一样。

平均道路车辆燃油经济性（CDP-FCEV-114）

此外，还研究了作为平均行驶速度和行驶长度函数的整个车队的道路燃油经济性。如图6所示，平均行驶速度直接影响道路燃油经济性。数据表明，燃油经济性峰值约为25英里/小时，平均燃油效率为51英里/千克（从5英里/小时增加一倍），在车速超过45英里/小时后开始下降。

道路燃料经济趋势（CDP-FCEV-32）

平均行程速度对燃油经济性的影响（CDP-FCEV-141）

加油行为

FCEV提供的驾驶和加油体验与传统汽油动力汽车相似。制造商和利益相关者试图了解车辆的使用方式是否与传统车辆相同，或者车辆的使用是否过于“受控”，不符合典型的驾驶行为。将FCEV驾驶和加油事件的一天每时和一周每天的使用数据，与典型的NHTS汽油动力车使用数据（NHTS2009）以及源自雪佛龙使用数据的典型加油站概况进行比较（Chen2008）。

图7和图8分别按天和按周统计了FCEV车队的驾驶事件。共记录了177428起驾驶事件，其中75%的行程发生在早上6点到晚上7点之间。数据表明，车队中运行的FCEV与传统汽油动力汽车的驾驶方式相同。在早晚通勤时间，FCEV的使用率略有下降，周五和周六的总体使用率也有所下降。这可能是每个车队运营商和大部分雇佣司机在工作日制定的道路测试协议和驾驶时间表的结果。

按某天每时统计的FCEV驾驶（CDP-FCEV118）

按某周每天统计的FCEV驾驶（CDP-FCEV 119）

按某天每时统计的加油（CDP-FCEV116）

按某周每天统计的加油（CDP-FCEV 117）

加充表现

此部分正文部分已略去，图保留。

与SAEJ2601（CDP-FCEV149）相比的填充压力和温度

车辆油箱温度：填充事件之前和之后（CDP-FCEV129）

填充事件后的车辆油箱温度和压力（CDP-FCEV130）

结论

通过12年的实际验证，DOE评估了230辆已运行的车辆，这些车辆通过740万英里的逐秒数据传输并发布了100多个CDP，以便将技术结果传达给广大的利益相关者。该项目满足了数据分析的迫切需求，以便为车辆和站点技术的早期研发和商业准备提供信息。详细的数据产品已发送给每个贡献的数据合作伙伴，并告知车辆制造商他们如何与整体行业性能进行比较，从而支持与增加的范围，燃油经济性，性能和可用性相关的内部研发决策。结果还用于向技术团队通报关键技术的进展情况并找出差距。

根据数据，DOE观察到FCEV平均达到传统汽油动力汽车燃油经济性的两倍。此外，对于预生产的FCEV型号，行驶里程已经改善并且已经超过250英里。目前可用的商业FCEV超过300英里。FCEV也证明了在行业采用的标准范围内的安全运行。FCEV也以与传统汽油动力汽车相同的方式使用和加油，为氢气基础设施利用和需求规划提供详细数据。NREL正在利用加油数据开发预测加油需求模型，该模型可与氢气站集成，以实现操作和控制改进以及优化。驾驶时间和趋势的相似性有助于支持预测的加氢需求。车载油箱加油数据支持从车辆角度了解车站加油性能，并用于了解填充时预期极端温度条件下油箱温度的实际范围。

近年来，随着汽车制造商（OEMS）推出商用FCEV车型，FCEV发展迅速。技术验证项目期间生成的性能和耐久性数据对于验证DOE目标至关重要，但也有助于更新长期目标，并推动未来的研究和开发需求，从而产生更强大的FCEV。

DOE将继续是NFCTEC氢燃料电池汽车和基础设施分析结果以及其他氢组件和系统评估结果的主要存储库。