小编近日在网上浏览燃料电池相关应用专利时，看到Honda在2019年4月授权了一件名为《一种鞍式单车》（US 20170282748A）的国际发明专利，文中介绍了本田一种燃料电池摩托车的发明。在网上一番查找后发现，本田并没有将这项专利很快的转化为量产产品，因此网上也鲜有本田燃料电池摩托车的资料。
同时小编发现，Suzuki在2010年左右开展燃料电池摩托车的研究，并在2014年6月推出了可以量产的燃料电池摩托车Burgman。2017年英国伦敦警察局为了减少污染排放，率先配备了部分燃料电池摩托车Burgman。今天我们就一起来看看Burgman燃料电池摩托车及其燃料电池系统。
外形与车辆参数
Burgman的外表与普通的小型摩托车（scooter）几乎没有差异，但从外形上很难与传统的小型摩托车区分开，只能从其车身的“Fuel Cell”能辨识出是一辆燃料电池摩托车。
通过其下表的车辆参数，可以看出其尺寸比电动电池摩托车稍大，总重量相当，续航里程（350km 30km／h等速工况）则大大高于电动电池摩托车（对比绿源电动摩托车QG－6R4820－G1，尺寸1830＊670＊1100mm，总重184kg，续航里程45km）。车辆参数中多了一项燃料电池，Burgman配备了1．6kW的燃料电池。
动力系统
Burgman的动力总成系统包括了主要6部分，分别是燃料电池、动力电池、氢瓶、电机、电机控制器与电力分配单元。与燃料电池汽车的动力总成相似，燃料电池与动力电池并行的与电力分配单元相连，再根据动力需求向电机输出功率。在能量管理策略方面与燃料电池汽车相似。
能量管理
Burgman燃料电池摩托车的能量管理主要根据加速、巡航、减速、怠速这四种工况来设定。在加速工况中，燃料电池与动力电池同时输出功率以满足摩托车的动力需求；在巡航工况中，一般指较低速巡航，由燃料电池主导输出摩托车需求功率；在减速工况中，如行驶在下坡过程中，进行能量回收对动力电池进行充电；在怠速工况中，燃料电池产生的电对动力电池进行充电，并且在动力电池充满时，燃料电池停止工作。
燃料电池系统
宏观的看，在Burgman燃料电池系统不同于燃料电池汽车，简化了许多。具体来看，在冷却子系统、空气子系统、氢气子系统中都有比较大的区别。
冷却子系统：采用了空冷而不是燃料汽车上常用的液冷。根据Suzuki相关介绍资料显示，其主要原理是增大空气进气量，考虑到过大的空气进气量可能带来燃料电池膜干等问题，猜测Suzuki对空气进气进行了分流的设计（一部分用于化学反应一部分用于空气冷却）。
空气子系统：从系统原理图上没有看到燃料电池汽车上常用的增湿器和背压阀，基于在空气子系统中没有背压阀这一点，猜测电堆的压力工作区间应该处于较低压力范围。
氢气子系统：没有设计氢气回路，这种模式在燃料电池的相关文献中被称为dead－end模式。同时在此子系统中看到了排氢阀，该阀应该是同时具有排氢和排水的功能，通过对其周期性控制进行排氢和排水，防止燃料电池中氮气和生成水的累积，从而维持系统的平衡和稳定。
优势：对比燃料电池汽车系统，此种燃料电池系统有一定的优势。由于可能使用低压力操作、使用了空冷的冷却方式、氢气子系统采用dead－end模式，因此燃料电池汽车上常见的大功率空压机、水泵、气液分离器、氢循环泵、背压阀等零部件在此套燃料电池系统内不是必须的，极大简化了整套系统的尺寸，同时也大幅降低了整套系统的成本。
劣势：由于摩托车燃料电池空气子系统猜测操作压力低和氢气子系统dead－end工作模式，这两点使其燃料电池电堆的性能会低于于燃料电池汽车上高空气压力、有氢气循环操作的燃料电池电堆。
整套燃料电池系统的核心燃料电池电堆是由英国Intelligent Energy公司提供。根据Suzuki资料显示其燃料电池系统净输出功率1．6kW，供氢压力50kPa（G），系统效率50％，氢气利用率＞98％。在燃料电池系统尾排管道设计上，为了减小压损，确保空冷散热需求，尾排管道被设计成整辆摩托车排放部分最大截面积的部件。
总的来说，Suzuki关于整套燃料电池系统的设计较精简，整套燃料电池系统的输出功率较低，此方案也通过燃料电池摩托车验证了其可行性。因此此套燃料电池系统方案可以为低功率燃料电池系统的应用提供重要的参考案例。
氢安全
对于氢安全部分，不同于燃料电池汽车，Suzuki在车头位置布置了倾倒传感器，目的是当摩托车发生倾倒时，感应到该动作，闭合氢气截止阀，保证整车倾倒时氢气不发生泄漏。另外，摩托车布置了两个氢传感器，氢传感器1位于氢瓶入口处，从氢气源头监测氢浓度。氢传感器2位于整车车座的最高处，一般认为在氢气泄漏情况下，这里是氢气最容易聚集的地方。加氢口位于车座前部。
总的来说，Suzuki关于氢安全的设计有一定的特殊性，对于考虑在特殊情况下（如摩托车倾倒）如何保证氢安全是非常值得我们学习的。
道路试验
自从2010年2月，铃木在英国战略委员会（UK Technology Strategy Board）支持下开展了大量的道路试验来优化其能量管理策略。
可以看出来燃料电池基本不跟随电机需求功率而变化，取而代之的是以1kW左右恒定输出。当整车电机没有功率需求或低于1kW时，燃料电池多余的功率用来给动力电池充电。当燃料电池系统在峰值功率工作时，等效氢耗3150W（每秒耗氢气对应的功率），电堆输出1745W，辅件消耗了103W，核算出来电堆效率为55．4％和50．9％，可以看到峰值输出功率时附件占不到10％的功耗。
加氢
接下来看一下其氢瓶的加氢曲线。可以看到在环境温度20℃左右的情况下，70MPa氢瓶花费约400s可以将其加满，同时氢瓶内的温度上升到约75℃。现实中氢瓶内温度允许到85℃。因此在目前环境温度的条件下，只要能降低氢站中氢气的温度，同时采用更高耐温等级的氢瓶，加氢时间还可以有一定程度的缩短。
总结
1、燃料电池摩托车外形与燃料摩托车类似，可以直接在现有平台上进行改造。
2、燃料电池摩托车与燃料电池汽车相比，在燃料电池冷却子系统、空气子系统、氢气子系统均进行了简化，由此带来结构简单、成本降低的优势；但该系统下其电堆性能可能不如车用的高压、带氢气循环的电堆（功率密度较低）。
3、氢安全方面，摩托车额外考虑了燃料电池摩托车倾倒情况，这一点与汽车有较大区别。
作者：鲤琨
校对：楚轩
参考文献：Ikeya， K．， Eguchi， T．， Mizutani， K． et al． Air－Cooled Fuel Cell System in Hybrid Scooter． Auto Tech Rev 3， 24–29 （2014）．
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