在2005年11月25日于新横滨召开的电力电子技术论坛“PEAF(Power Electronics Application Forum)2005”上,丰田汽车以“燃料电池车开发中的电力电子技术”为题发表了演讲。
发表演讲的是丰田汽车HV系统开发部HV开发总监石川哲浩。介绍了2002年开发的FCHV的系统构成,以及混合动力化时应用电池及电容的研究结果。演讲内容汇总了过去曾在美国汽车工程学会(SAE)上所做的发表。
FCHV采用燃料电池和Ni-MH镍氢充电电池并用的混合结构,原因是燃料电池在低负荷时的效率较低。使用输出功率为90kW燃料电池,配备有向燃料电池组输送空气的辅助装置——压缩机、氢燃料泵及冷却液泵(Coolant Pump)。
输出功率为:压缩机14.5kW、氢燃料泵2.2kW、冷却液泵1.8kW,由于低负荷时三种装置的损失较大,所以关闭燃料电池工作、只凭充电电池的输出功率起动马达。结果与汽油混合动力车“Prius”一样,根据不同情况对能源进行了区分使用,在低负荷时凭借充电电池行驶,在加速时配合使用燃料电池和充电电池,而在普通行驶时则只依靠燃料电池。
另外,在替代镍氢电池的蓄电装置方面,发表了2004年对电容及锂离子充电电池进行研究的结果。在确定电容的容量时,考虑到了要求达到的加速性能、60~90km/h的反复加速,以及0~120km/h的反复加速等条件。作为燃效最好的组合,选择了输出功率为95kW的燃料电池和容量为7F的电容。而锂离子充电电池方面,则是80kW的燃料电池与30kW的充电电池配合使用。
当配备电容、锂离子充电池及镍氢充电电池时,LA模式下的燃效比较方面,锂离子电池比镍氢充电电池高4.2%。不过,电容比镍氢电池低6.3%。这是因为,电容的能量密度较低,因此电容本身的行驶时间较短,这时就需要起动低负荷区域效率较差的燃料电池。