李鐘信　張偉強(qiáng)　程嘉祺　王領(lǐng)　張成平　劉博

摘 要：氫燃料電池汽車具有零排放、無污染、高效節(jié)能、噪聲低等優(yōu)點(diǎn)。氫氣消耗量是燃料電池汽車重要的經(jīng)濟(jì)性評估指標(biāo)。本文采用由雄川氫能科技（廣州）有限公司、南京金龍客車制造有限公司、新源動(dòng)力股份有限公司共同開發(fā)完成的31噸燃料電池重卡實(shí)車數(shù)據(jù)，基于國家重型車C-WTVC測試標(biāo)準(zhǔn)工況，結(jié)合仿真軟件建立了燃料電池重卡整車動(dòng)態(tài)仿真模型，計(jì)算了整車在循環(huán)工況下的氫氣消耗量，并且和同類型的柴油重卡的柴油經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行了基于仿真計(jì)算的對標(biāo)，結(jié)果表明：按照目前到站的氫氣價(jià)格來看，傳統(tǒng)柴油重卡占據(jù)優(yōu)勢，根據(jù)本文的仿真計(jì)算結(jié)果評估當(dāng)氫氣價(jià)格下降到29元/公斤時(shí)該款燃料電池重卡的運(yùn)行成本和同類型的柴油重卡持平。本文提出的工況仿真計(jì)算可以作為簡單快速評價(jià)燃料電池汽車經(jīng)濟(jì)性的一種方法。

關(guān)鍵詞：燃料電池重卡 循環(huán)工況 仿真計(jì)算分析 經(jīng)濟(jì)性評估

1 引言

氫能作為一種清潔低碳、熱值高、來源多樣、儲(chǔ)運(yùn)靈活的綠色能源，被譽(yù)為21世紀(jì)的“終極能源”。目前國際氫能委員會(huì)指出[1]：預(yù)計(jì)到2030年，全球氫能領(lǐng)域的投資更將激增至5000億美元，其中交通領(lǐng)域的氫能應(yīng)用將占到主要份額。目前全球的燃料電池汽車市場得到快速發(fā)展，全球關(guān)于氫能產(chǎn)業(yè)的發(fā)展都積極制定計(jì)劃政策以及實(shí)施，根據(jù)國際氫能委員會(huì)關(guān)于《Explore key policies and measures for EV deployment》的報(bào)告中[2]，明確探索全球各國電動(dòng)汽車包含燃料電池汽車推廣的關(guān)鍵政策和措施，美國2019年11月發(fā)的《NATIONAL HYDROGEN ENERGY ROADMAP》[3]，氫能產(chǎn)業(yè)每年創(chuàng)造1400 億美元收入和70萬個(gè)就業(yè)機(jī)會(huì)，到2050年滿足美國15%的能源需求。歐洲2019年發(fā)布的《Hydrogen Roadmap Europe： A Sustainable Pathway for the European Energy Transition》[4]，計(jì)劃到2050年氫能可占?xì)W洲最終能源需求的24%擁有8200億歐元市場。日本2021年發(fā)布《2050年碳中和帶來的綠色增長戰(zhàn)略》[5]提出預(yù)計(jì)2050年時(shí)燃料電池卡車?yán)塾?jì)安裝最多1，500萬輛。同時(shí)中國燃料電池汽車也發(fā)展迅猛，由2018年3896輛燃料電池汽車迅速增加到2021年的7352輛。根據(jù)國家發(fā)改委、能源局在《氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展中長期規(guī)劃（2021-2035年）》中明確“十四五”時(shí)期，預(yù)計(jì)到2025年我國燃料電池車輛保有量達(dá)到約5萬輛，到2035年我國燃料電池汽車將累計(jì)達(dá)到100萬輛[6]。

關(guān)于燃料電池汽車氫氣消耗量的測量評估方法，國標(biāo)《GB/T 35178-2017燃料電池電動(dòng)汽車氫氣消耗量測量方法》明確了燃料電池重卡采用C-WTVC標(biāo)準(zhǔn)循環(huán)工況進(jìn)行測試[7]。目前國內(nèi)外氫氣消耗量相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)中最常使用外部供氫實(shí)測法包括質(zhì)量分析法、溫度壓力法以及流量法[8]，[9]，[10]，這些方法雖然可操作性強(qiáng)，測量精度較高，但是需要對汽車進(jìn)行改裝，存在測試成本高和周期長的問題。其次，該方法雖然可以測得汽車氫氣的消耗量，但是在計(jì)算動(dòng)態(tài)的氫氣消耗量方面存在欠缺。因此，本文提出一種標(biāo)準(zhǔn)工況結(jié)合仿真計(jì)算的方法來實(shí)現(xiàn)對燃料電池汽車關(guān)于氫氣消耗量經(jīng)濟(jì)性的評估。該方法通過仿真軟件搭建燃料電池汽車整車仿真模型，對汽車行駛狀態(tài)進(jìn)行仿真分析，計(jì)算各標(biāo)準(zhǔn)循環(huán)工況下汽車的氫氣消耗量。該方法主要有以下兩點(diǎn)優(yōu)勢：第一，可以快速調(diào)試各零部件匹配燃料電池汽車動(dòng)力系統(tǒng)自由性能和匹配經(jīng)濟(jì)性，給出設(shè)計(jì)優(yōu)化方案；第二，可以有效避免測試時(shí)不必要的改裝制造成本、場地不便、測試周期長等問題。

2 研究方法

2.1 測試工況

本文借鑒聯(lián)合國規(guī)定的重卡WTVC測試程序基礎(chǔ)上，結(jié)合我國重卡的實(shí)際運(yùn)行工況以及綜合考慮燃料電池重卡的市場定位及性能要求，最終選擇重型混合動(dòng)力商用車測試工況 C-WTVC 為仿真標(biāo)準(zhǔn)工況。C-WTVC 是我國對重型混合動(dòng)力商用車進(jìn)行能量消耗量測試的推薦循環(huán)工況[11]，[12]，此循環(huán)工況共包括市區(qū)循環(huán)、公路循環(huán)和高速循環(huán)三個(gè)部分。C-WTVC 循環(huán)工況的單個(gè)運(yùn)行周期累計(jì)運(yùn)行時(shí)間為1800s，行駛距離為20.55km，具體的工況數(shù)據(jù)特征如表1所示。本次按照C-WTVC標(biāo)準(zhǔn)工況進(jìn)行反復(fù)交替運(yùn)行100km，完成對重卡百公里的燃料消耗量的經(jīng)濟(jì)性評估。

2.2 仿真方法

本文采用Amesim仿真軟件，搭建燃料電池重卡汽車以及柴油重卡汽車仿真模塊，導(dǎo)入標(biāo)準(zhǔn)循環(huán)工況對汽車的燃料消耗進(jìn)行計(jì)算，其中燃料電池重卡汽車運(yùn)行的氫氣消耗量是由燃料電池系統(tǒng)測試數(shù)據(jù)與電機(jī)、蓄電池等部件特性曲線數(shù)據(jù)共同計(jì)算得出，從而得到燃料電池整車做功與能量轉(zhuǎn)換的關(guān)系和燃料氫氣的消耗量。本文利用該軟件建立相關(guān)模塊，建立適合于分析計(jì)算重卡燃料消耗經(jīng)濟(jì)性的計(jì)算，軟件的仿真流程如圖1所示。

3 模型搭建

3.1 燃料電池重卡模型搭建

本模型主要由整車框架①、行駛環(huán)境②、百公里運(yùn)行控制③、駕駛艙控制④、變速機(jī)構(gòu)⑤、整車電機(jī)⑥、磷酸鐵鋰動(dòng)力電池⑦、燃料電池⑧以及各類的控制信號ECU/VCU等模塊如圖２所示，暫時(shí)不考慮整車燃料電池輔件以及散熱輔件的影響。根據(jù)各自的聯(lián)系和相互作用的關(guān)系連接起來，組成整車系統(tǒng)的模型。

如圖２所示，整車框架①通過輸入重卡的相關(guān)車輛信息以及行駛的環(huán)境條件，則該模塊將計(jì)算出重卡相應(yīng)的行駛阻力包括行車風(fēng)阻、滾動(dòng)阻力及爬坡阻力以及行車扭矩等，整車的具體參數(shù)信息如表2所示：本文以南京金龍的31噸重型泥頭車燃料電池整車已知參數(shù)為例進(jìn)行氫氣消耗量作為計(jì)算依據(jù)；

整車的行駛狀態(tài)包括行車勻速、加速、減速、制動(dòng)停車等將由駕駛艙控制④的C-WTVC工況設(shè)定控制以及VCU中央信號控制處理器進(jìn)行指令操作；整車的動(dòng)力將由整車電機(jī)⑥提供，電機(jī)通過輸入實(shí)驗(yàn)真實(shí)的電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)數(shù)據(jù)包括電機(jī)轉(zhuǎn)速、扭矩以及功率等，本文采用由綠控傳動(dòng)科技有限公司提供的電機(jī)參數(shù)信息如表3，圖3電機(jī)額定電動(dòng)特性曲線；

這些數(shù)據(jù)將匹配行車所對應(yīng)的C-WTVC工況速度下的扭矩，對應(yīng)消耗需求的電機(jī)功率將由磷酸鐵鋰動(dòng)力電池⑦和燃料電池⑧共同協(xié)調(diào)提供，本文采用匹配南京金龍燃料電池泥頭車的新源動(dòng)力公司的燃料電池運(yùn)行參數(shù)，該燃料電池的基本參數(shù)如表4，燃料電池輸出功率與氫氣消耗量特性曲線關(guān)系如圖４所示；

電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)速和扭矩所需的功率信號將反饋給ECU和VCU，ECU控制燃料電池的工作狀況（工作與否、輸出功率等），VCU控制ECU的控制指令發(fā)出和蓄電池SOC狀態(tài)和電池充放電狀態(tài)，對于蓄電池充放電臨界值涉及蓄電池剩余容量SOC狀態(tài)以及電池SOC與穩(wěn)定放電效率關(guān)系，根據(jù)蓄電池較穩(wěn)定放電效率高的SOC區(qū)間作為電池放電輸出工作區(qū)間控制，本文采用4組匹配南京金龍燃料電池泥頭車的寧德時(shí)代公司的磷酸鐵鋰蓄電池組運(yùn)行參數(shù)，該蓄電池的基礎(chǔ)參數(shù)如表5，且電池電壓輸出相對高效且穩(wěn)定的基本處于電池容量的80%-90%之間，電壓波動(dòng)相對小，可作為該模型中ECU的充放電SOC的控制參考值使用。在上述涉及相關(guān)數(shù)據(jù)以及匹配關(guān)系均由各部件實(shí)驗(yàn)測試數(shù)據(jù)表格錄入。

在該軟件模塊化仿真計(jì)算中，功率Pm是由駕駛艙提供的C-WTVC工況控制對應(yīng)的電機(jī)輸出功率，燃料電池輸出功率Pc、蓄電池輸出功率Pbattery的輸出均由輔助控制器ECU和中央控制VCU進(jìn)行控制，設(shè)定功率Plow為燃料電池開始工作邊界功率值，控制可分為以下幾種情況：

1）Pm≦Plow

當(dāng)Pm≦Plow時(shí)，汽車電機(jī)行駛所需的功率僅由蓄電池提供，燃料電池出休眠狀態(tài)，重卡在此運(yùn)行中不存在氫氣消耗；除非蓄電池不足以維持該狀態(tài)（包括充電狀態(tài)），燃料電池才開始以較經(jīng)濟(jì)功率進(jìn)行工作，同時(shí)給蓄電池充電，充電過程中燃料電池需要消耗氫氣轉(zhuǎn)換成電能給重卡和電池供應(yīng)。

2）Pbattery≥Pm≥Plow

當(dāng)Pbattery≥Pm≥Plow時(shí)，汽車電機(jī)行駛所需的功率僅由蓄電池提供，燃料電池出休眠狀態(tài)，重卡在此運(yùn)行中不存在氫氣消耗；除非蓄電池不足以維持該狀態(tài)（包括充電狀態(tài)），燃料電池才開始以較經(jīng)濟(jì)功率進(jìn)行工作，同時(shí)給蓄電池充電，充電過程中燃料電池需要消耗氫氣轉(zhuǎn)換成電能給重卡和電池供應(yīng)。

3）Pm≥Plow、Pbattery

當(dāng)Pm≥Plow、Pbattery時(shí)，汽車電機(jī)行駛所需的功率由蓄電池與燃料電池共同提供，此時(shí)又分為2種情況：

1））若燃料電池較經(jīng)濟(jì)功率與蓄電池輸出功率之和無法滿足當(dāng)前電機(jī)所需功率，燃料電池將以最大功率輸出，蓄電池將一直持續(xù)輸出直到SOC≦20%，重新充電（燃料電池優(yōu)先滿足行駛需求）。

2））若燃料電池較經(jīng)濟(jì)功率與蓄電池輸出功率之和無法滿足當(dāng)前電機(jī)所需功率，且蓄電池已無法提供能量，燃料電池將以最大功率輸出，將僅由燃料電池工作輸出，直到蓄電池充電符合重新工作。

上述的這兩種情況，這整個(gè)電能供應(yīng)過程，燃料電池重卡始終在消耗氫氣供應(yīng)電力。目前在廣州黃埔區(qū)運(yùn)行的120KW燃料電池泥頭重卡實(shí)車見圖5。

本文搭建的燃料電池重卡整車模型，通過該仿真軟件可以輕松得到燃料電池重卡的氫氣消耗量的結(jié)果。該軟件功能的強(qiáng)大不止于此，我們完全可以通過調(diào)試本文模型的系統(tǒng)零部件的不同參數(shù)設(shè)置，由于系統(tǒng)零部件的更換或參數(shù)的不同均會(huì)對最終仿真結(jié)果造成影響，進(jìn)而得到燃料電池重卡匹配不同動(dòng)力或電力時(shí)的氫氣消耗量不同仿真結(jié)果，在這些結(jié)果中探找設(shè)計(jì)的最優(yōu)方案。例如保持本文的搭建模型系統(tǒng)，調(diào)試蓄電池的不同充放電臨界值SOC為50%、60%、70%、80%等或設(shè)置蓄電池的不同容量值10AH、20AH、30AH、40AH、50AH、60AH等以及蓄電池輸出功率的類型是容量型或功率型等。通過輸入蓄電池不同參數(shù)，都可以對燃料電池汽車經(jīng)濟(jì)性產(chǎn)生影響，在有限資源下給燃料電池汽車匹配最優(yōu)蓄電池（優(yōu)選容量、優(yōu)選材料、優(yōu)選功率輸出、優(yōu)選購買價(jià)格參考等），在能滿足燃料電池動(dòng)力需求下，氫氣消耗量的經(jīng)濟(jì)性最優(yōu)。其他零部件匹配燃料電池汽車動(dòng)力系統(tǒng)運(yùn)行上的經(jīng)濟(jì)性也可以按照上述方法進(jìn)行匹配優(yōu)化仿真計(jì)算，根據(jù)所有的仿真結(jié)果，給出設(shè)計(jì)冗余，即可給出較優(yōu)設(shè)計(jì)方案。

3.2 柴油重卡模型搭建

本文柴油整車系統(tǒng)模型主要發(fā)動(dòng)機(jī)模塊、變速器模塊、循環(huán)工況模塊以及油箱、油耗顯示器等部件，組成整車系統(tǒng)的模型，如圖６所示。

本文建立的柴油重卡仿真整車模型，確保整車參數(shù)（長、寬、高、軸距、輪距、軸載荷、迎風(fēng)面積、質(zhì)量、空氣阻力系數(shù)、汽車最高車速等）、輪胎參數(shù)（半徑、轉(zhuǎn)動(dòng)量等）、傳動(dòng)系參數(shù)（各擋傳動(dòng)比、主減速器傳動(dòng)比、傳動(dòng)效率等）、控制運(yùn)行工況、路試環(huán)境等參數(shù)和燃料電池汽車基本一致，才有比較的意義以及可比性。本文柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的參數(shù)采用該軟件模塊化中的柴油重卡的發(fā)動(dòng)機(jī)的性能參數(shù)。

4 結(jié)果對比分析

為了減少仿真的不確定因素的影響，將燃料電池重卡與柴油重卡的仿真整車的車輛信息、路試工況等參數(shù)設(shè)置一致的狀態(tài)下，經(jīng)過對其重卡在C-WTVC標(biāo)準(zhǔn)工況下燃料消耗的仿真，燃料電池重卡與傳統(tǒng)柴油重卡均按C-WTVC標(biāo)準(zhǔn)工況下循環(huán)運(yùn)行百公里，該軟件仿真結(jié)果如圖７重卡C-WTVC標(biāo)準(zhǔn)工況周期實(shí)際運(yùn)行狀況；圖８重燃料電池重卡C-WTVC標(biāo)準(zhǔn)工況下百公里氫氣消耗量；圖9柴油重卡C-WTVC標(biāo)準(zhǔn)工況下百公里柴油消耗量。

根據(jù)上述圖7可知，燃料電池重卡的仿真實(shí)際運(yùn)行工況整體上與C-WTVC控制工況曲線基本重合，差異性極小可以忽略不計(jì)，只有在突然變速點(diǎn)稍有延遲不重合外，其余平穩(wěn)運(yùn)行，燃料電池重卡按該工況運(yùn)行單個(gè)周期的行駛距離為20.5km，與控制工況行單個(gè)周期距離相差0.24%。傳統(tǒng)柴油重卡仿真實(shí)際運(yùn)行與C-WTVC控制工況整體曲線基本吻合，與控制工況周期距離相差1.75%，存在極小偏離，偏差小到可以忽略不計(jì)。傳統(tǒng)柴油重卡仿真運(yùn)行一個(gè)控制工況周期的行駛距離比控制工況下周期距離稍短，傳統(tǒng)柴油重卡仿真運(yùn)行一個(gè)控制工況周期的行駛距離為20.19km，與燃料電池重卡仿真車單周期運(yùn)行的仿真距離相差1.51%。傳統(tǒng)柴油重卡仿真實(shí)際工況整體運(yùn)行曲線與燃料電池重卡的仿真實(shí)際運(yùn)行工況整體運(yùn)行曲線基本吻合，趨勢一致，且滿足工況的最大時(shí)速87.8Km/h的要求，符合燃料電池重卡與傳統(tǒng)柴油重卡工況運(yùn)行下燃料經(jīng)濟(jì)性評估微小差異允許范圍。

根據(jù)上述圖８可知，燃料電池重卡仿真實(shí)際行駛百公里只需4.88個(gè)工況周期，耗時(shí)總共8860.95s ，燃料電池重卡在C-WTVC測試控制工況下百公里氫氣消耗量為6.24Kg。整個(gè)運(yùn)行過程，可以看出燃料電池重卡在測試工況下消耗氫氣的速率走勢不規(guī)律，第1第2運(yùn)行周期的氫氣消耗速率波動(dòng)較大，該波動(dòng)主要有2部分原因造成。前半段主因體現(xiàn)在燃料電池重卡處于工況加速至最高控制時(shí)速87.8Km/h時(shí)，該階段的燃料電池以最高功率輸出工作，氫氣消耗速率最大。后半段主因體現(xiàn)燃料電池重卡由高速點(diǎn)制動(dòng)減速轉(zhuǎn)為低速行駛，蓄電池的SOC已低于80%處于需要充電狀態(tài)。此時(shí)的燃料電池則以最高功率輸出工作，一邊為車輛供能低速行駛，一邊為蓄電池充電。第3第4周期的氫氣消耗速率走勢相對平穩(wěn)，主要由于蓄電池的充放電頻率與處于運(yùn)行加速狀態(tài)的共同作用下，燃料電池持續(xù)工作為車輛和蓄電池供能，使得燃料電池重卡氫氣消耗速率相對平穩(wěn)一致。從圖中氫氣消耗量走勢可看出，存在有短小臺階層，主要是燃料電池重卡在運(yùn)行過程中處于控制工況低速且蓄電池的SOC大于80%的狀態(tài)（蓄電池?zé)o需充電），燃料電池重卡運(yùn)行的電機(jī)所需要的功率可直接僅由蓄電池提供，則燃料電池此時(shí)處于非工作狀態(tài)，不消耗氫氣。

根據(jù)上述圖9可知，傳統(tǒng)柴油重卡仿真實(shí)際行駛百公里只需4.95個(gè)工況周期，耗時(shí)總共8935.52s ，柴油重卡在C-WTVC測試控制工況下百公里柴油消耗量為28.34Kg。整個(gè)運(yùn)行過程，可以看出柴油重卡在測試工況下消耗柴油的速率走勢相對平穩(wěn)規(guī)律，整體比較線性，只有柴油重卡處于C-WTVC控制工況的加速至最高速的加速階段，柴油消耗速率快速變大。

將仿真結(jié)果與實(shí)際重卡路試的燃料消耗量進(jìn)行對比分析（實(shí)車運(yùn)行工況不一定與C-WTVC標(biāo)準(zhǔn)工況保持一致，但C-WTVC標(biāo)準(zhǔn)工況是相對符合國內(nèi)重卡行車習(xí)慣和實(shí)際行駛情況的，具有一定的參考意義），以下是重卡實(shí)際燃料消耗量結(jié)果與燃料消耗量仿真結(jié)果經(jīng)濟(jì)性差異如表6所示[13]，[14]以及廣州氫氣價(jià)格如圖10和表7廣州氫氣銷售價(jià)格情況[15]所示。

通過以上計(jì)算仿真結(jié)果圖8、圖9與表6的對比可得出結(jié)論：重卡實(shí)際燃料消耗經(jīng)濟(jì)性及仿真結(jié)果分析出：由仿真計(jì)算得出的柴油消耗量與實(shí)際運(yùn)行時(shí)柴油消耗量相差不大，百公里柴油消耗量的值相差8.67％。仿真計(jì)算得出燃料電池重卡仿真得到的氫氣消耗量與燃料電池重卡實(shí)際運(yùn)行的氫氣消耗量相差不大，百公里氫氣消耗量的值相差7.59％。無論是柴油消耗量對標(biāo)還是氫氣消耗量的對標(biāo)，差值均處于10%的可接受范圍內(nèi)，因此，提出標(biāo)準(zhǔn)工況+軟件計(jì)算仿真評估其經(jīng)濟(jì)性方法是具有實(shí)際參考意義的。

關(guān)于燃料電池汽車運(yùn)行成本經(jīng)濟(jì)性的評估可分為2種情況進(jìn)行分析：

1）在廣州政府發(fā)布《廣州市黃埔區(qū) 廣州開發(fā)區(qū)促進(jìn)氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展辦法實(shí)施細(xì)則》的氫氣銷售補(bǔ)貼政策下（2021年度，氫氣銷售價(jià)格補(bǔ)貼20元/kg；2022-2023年度，氫氣銷售價(jià)格補(bǔ)貼15元/kg。）[15]，目前項(xiàng)目120KW燃料電池泥頭車在廣州黃埔示范區(qū)運(yùn)營，故而采用廣州氫能補(bǔ)貼政策。廣州黃埔區(qū)氫能補(bǔ)貼力度最大時(shí)期的燃料電池重卡運(yùn)行成本都高達(dá)374.4元，而柴油重卡柴油（柴油價(jià)格8元/L）消耗的運(yùn)行成本只有289.16元，補(bǔ)貼后的燃料電池重卡運(yùn)行成本比傳統(tǒng)柴油重卡柴油運(yùn)行成本高29.48%。由此看來傳統(tǒng)柴油重卡在運(yùn)行成本方面占據(jù)很大優(yōu)勢。

2）在沒有國家政府補(bǔ)貼政策支持的情況下，廣州氫氣銷售價(jià)格目前維持在80元/kg，柴油的價(jià)格銷售價(jià)格遠(yuǎn)比氫氣銷售價(jià)格成本的低很多，傳統(tǒng)柴油重卡占據(jù)主導(dǎo)地位。但隨著全球關(guān)于氫能產(chǎn)業(yè)包括加氫站、制氫、氫氣運(yùn)輸以及氫儲(chǔ)等政策的制定與落實(shí)[16]，[17]，燃料電池汽車的運(yùn)行成本將在加氫站、制氫、氫氣運(yùn)輸以及氫儲(chǔ)等方面的成本普遍降低中收益，未來氫氣價(jià)格下降到29元/kg時(shí)，該款燃料電池重卡的運(yùn)行成本和同類型的柴油重卡持平。

5 總結(jié)

燃料電池汽車作為新能源汽車之一，與傳統(tǒng)柴油內(nèi)燃機(jī)汽車一樣，柴油經(jīng)濟(jì)性與燃料電池汽車的氫氣消耗量經(jīng)濟(jì)性作為汽車的重要評估指標(biāo)之一。本文采用由南京金龍、新源動(dòng)力、雄川氫能共同開發(fā)完成的31噸燃料電池重卡實(shí)車數(shù)據(jù)，基于國家重型車C-WTVC測試標(biāo)準(zhǔn)工況，結(jié)合仿真軟件建立了燃料電池重卡整車動(dòng)態(tài)仿真模型，計(jì)算了整車在循環(huán)工況下的氫氣消耗量，并且和柴油重卡的柴油經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行了基于仿真計(jì)算的對標(biāo)，結(jié)果表明：本文提出的工況仿真計(jì)算可以作為燃料電池汽車運(yùn)營經(jīng)濟(jì)性評估的一種具有實(shí)際參考意義的方法。目前按照國內(nèi)氫氣銷售價(jià)格以及柴油銷售價(jià)格來看，傳統(tǒng)柴油重卡依舊占據(jù)主導(dǎo)位置，但在國家支持政策以及企業(yè)技術(shù)尤其在制氫、儲(chǔ)氫、運(yùn)氫等技術(shù)逐漸成熟的相互扶持下，未來氫氣價(jià)格下降到29元/公斤時(shí)該款燃料電池重卡的運(yùn)行成本和同類型的柴油重卡持平。

本文提出工況+仿真計(jì)算評估汽車燃料消耗經(jīng)濟(jì)性的方法是非常適合推廣的，操作簡單，可行性強(qiáng)。該方法主要體現(xiàn)在不僅能省去很多實(shí)車制樣、改裝、實(shí)車測試等等繁瑣中間環(huán)節(jié)，還極大節(jié)約研發(fā)及修改方案以及試樣測試的時(shí)間成本，同時(shí)也在匹配燃料電池汽車動(dòng)力系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性動(dòng)態(tài)分析方面發(fā)揮巨大優(yōu)勢。

需要進(jìn)一步說明的是，利用本文中工況+仿真方法評估汽車燃料消耗經(jīng)濟(jì)性進(jìn)一步進(jìn)行如下問題的研究：

１）對燃料電池重卡的燃料經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行預(yù)測，這對汽車產(chǎn)品的開發(fā)極為有利。

２）分析不同參數(shù)（蓄電池容量等）對燃料電池重卡燃料經(jīng)濟(jì)性的影響，對車輛的相關(guān)參數(shù)進(jìn)行合理的設(shè)計(jì)。

3）分析各零部件匹配燃料電池汽車動(dòng)力系統(tǒng)良好自由性能、友好經(jīng)濟(jì)性策略，對車輛的相關(guān)參數(shù)進(jìn)行合理的設(shè)計(jì)。

課題來源： 雄川氫能科技（廣州）有限公司2021-2023年科研項(xiàng)目“氫燃料電池動(dòng)力系統(tǒng)多合一集成控制器研發(fā)”項(xiàng)目（項(xiàng)目任務(wù)書編號：2020B0909040004）的階段性成果。

參考文獻(xiàn)：

[1]International Energy Agency. Hydrogen Insight[R].Paris： International Energy Agency， 2021.

[2]International Energy Agency. Explore key policies and measures for EV deployment[R]. Paris： International Energy Agency， 2022.

[3]Fuel Cell & Hydrogen Energy Association. NATIONAL HYDROGEN ENERGY ROADMAP[R]. Washington： 2019 November.

[4]Fuel Cells and Hydrogen Joint Undertaking. Hydrogen Roadmap Europe： A Sustainable Pathway for the European Energy Transition[R]. Luxembourg： Publications Office of the European Union; 2019 Jan.

[5]令和二年十二月二十五日. 2050年碳中和帶來的綠色增長戰(zhàn)略.

[6]000019705/2022-00028. 氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展中長期規(guī)劃（2021-2035年）.

[7]ICS 43.080.01 T47.GB/T 35178-2017燃料電池電動(dòng)汽車氫氣消耗量測量方法.

[8]Masaru Yano，Eiji Kuroda，Hisao Tagami，Keisuke Kuroda，Shogo Watanabe.Development of Fuel Consumption Measurement Method for Fuel Cell Vehicle.2007 SAE International， 2007-01-2008.

[9]Yi Ding，John Bradley，Kevin Gady.Hydrogen Consumption Measurement for Fuel Cell Vehicles.2004 SAE World Congress Detroit，Michigan USA，SAE Tech Paper No.2004-01-1008.

[10]吳詩雨.燃料電池汽車氫氣消耗量測量方法研究進(jìn)展[J].中國汽車 China Auto | 2022：59-64.

[11]陳瑞峰， 王志卿， 侯敬超， 等. C-WTVC工況分析[J]. 汽車實(shí)用技術(shù)， 2019（13）： 45-47.

[12]高軍. 基于Cruise軟件C—WTVC循環(huán)油耗計(jì)算[J]. 汽車實(shí)用技術(shù)， 2018（2）： 136-138.

[13]邱煜，韓同群，黃兵鋒. 不同發(fā)動(dòng)機(jī)模型對整車經(jīng)濟(jì)性仿真計(jì)算的影響研究[J]. 汽車實(shí)用技術(shù)， 2019（8）： 10.16638/j.cnki.1671-7988.2019.08.039 .

[14]邱煜，韓同群. 基于Cruise的裝備AMT重型商用車經(jīng)濟(jì)性聯(lián)合仿真計(jì)算[J]. 湖北汽車工業(yè)學(xué)院學(xué)報(bào)， 2020（3）： doi：10.3969/j.issn.1008-5483.2020.03.006.

[15]穗埔府規(guī)〔2021〕7號. 廣州市黃埔區(qū) 廣州開發(fā)區(qū)促進(jìn)氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展辦法實(shí)施細(xì)則.

[16]付亞軒，張丹，隋朝霞. 中國加氫站商業(yè)模式及經(jīng)濟(jì)性比較[J]. 油氣與新能源， 2022，34（5）：8-13.

[17]趙振東，劉國慶，辛江慧，馬曉國，丁立 . 基于補(bǔ)貼政策的氫燃料電池汽車產(chǎn)業(yè)動(dòng)力學(xué)演化研究——以江蘇省為例[J]. 資源與產(chǎn)業(yè)， 10.13776/j.cnki.resourcesindustries.20220802.001.