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怎么理解中国“电电混合动力”氢能汽车技术路线?

发布日期: 2021-10-18
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发展氢能汽车已经成为2018年一个新的热点话题。近年来,随着各国对能源结构的调整和对清洁能源的关注与研究,氢能源以其绿色、高效、应用范围广等优势,成为全球zui具发展潜力的清洁能源。国际氢能委员会会发布的《氢能源未来发展趋势调研报告》显示,到2050年,氢能源需求将是目前的10倍。预计到2030年,全球燃料电池乘用车将达到1000万辆至1500万辆。巨大的市场潜力使得各国和各大企业加大了对氢能产业的研发,希望通过发展氢能来解决能源安全,并掌握国际能源领域的制高点。



近,一家天然气汽车改装企业的老总向笔者咨询,如何把天然气汽车改装成为氢气汽车?如何这个问题?我感到十分为难。还有许多客车企业的同行,也咨询笔者,氢能汽车发展现状及发展趋势如何?



看来有必要做深入的介绍了。



一、氢能汽车的基本含义



氢能汽车,一般人理解是氢气做为能源的汽车。这一点与理解将汽油(柴油)作为能源的汽车是一个层次的。



比较专业的人,会把氢能理解为与天然气汽车一样的,将瓶装压缩的氢气,解压出来,供内燃机燃烧,一是可以做功,二是可以发电。



时代在进步,技术在发展。历shi上有过用内燃机燃烧氢气的技术,但是后没有发展起来。



今天提倡发展的氢能汽车,由氢燃料电池发电,给电动汽车供电。这样一般性理解,目前的氢能汽车的概念,是没有内燃机的,原来的内燃机已经由燃料电池发动机替代了。



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二、燃料电池发动机是什么意思?



在汽车行业里,内燃机已经说成燃油发动机了。汽车是机动车,机动车必须要有发动机,才能动起来的。汽车发动机与普通工业上的内燃机,还是有许多不同的技术要求。



所以说,发动机专门是指汽车上的。



目前动力电池的电,源于外面电网。电动汽车的驱动能源,源于车载动力电池。但是动力电池,专业层面还没有人叫他是动力电池发动机。



燃料电池发动机是什么意思?笔者理解:



燃料电池发动机不是燃料发动机,目前直接烧油、烧气的发动机,也可以叫做燃料发动机。



燃料电池发动机,基本上是专门指氢气电池的,目前还没有发现其他气体可以直接发电的。



燃料电池与目前的动力电池原理,有许多相似的地方。



燃料电池发动机是通过一个类似“电池"原理的装置,将氢气“化"成电的一个系统。



三、燃料电池发动机结构组成



氢燃料电池发动机既不是动力蓄电池,也不是传统燃油发动机。燃料电池发动机是一种将氢气和氧气通过电化学反应,直接转化为电能的发电装置。



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                图(1)国产的氢燃料电池发动机



要开发燃料电池汽车,必须了解燃料电池发动机。



(1)六大组成部分,见图(2)



①电堆;



②氢气供给循环系统;



③空气供给系统;



④水热管理系统;



⑥电控系统和数据采集系统。


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                  图2 燃料电池发动机结构示意图



(2)工作特点:



①系统输入是氢气和氧气,输出是仅为电、热和水,能量转化率高;



②没有燃烧,没有机械损耗,运行平稳,噪音比较低。



(3)核心技术:



①电堆系统



电堆由双极板和膜电极两大部分组成,催化剂、质子交换膜和碳布/碳纸构成了膜电极。电堆是氢燃料电池发动机的核心部件。



②氢气供给循环系统



自气瓶中的高压氢气,经过减压阀使得氢气压力降低,通过电磁阀控制氢气进入电堆,氢气回流泵再将电堆反应后剩余的氢气,回收重新输入电堆中,提高氢气能源利用率。



(4)关键零部件



减压阀、电磁阀、氢气回流泵、氢气浓度传感器、空气滤清器、空压机/吹风机、空气增湿器、水泵和水温传感器。



四、燃料电池发动机规格及指标



目前国内能提供燃料电池发动机的有:中科院大连化工所的新源动力、北京亿华通、上海弗尔赛的三家企业,他们三家提供的产品有:30kW驱动模块、60kW驱动模块以及120kW驱动模块。



国内其他企业基本上是代理国外的产品,比如巴拉德的产品。



国内与国外燃料电池发动机技术指标差异:



国内燃料电池发动机电堆功率密度基本上大概在2kW/L左右,国际上先进水平已经达到了3kW/L左右;



催化剂效率:国内每千瓦的铂用量大概0.3克,国际的先进水平已经达到了0.06克以下;



膜电极耐久性:国内动态工况实测寿命大概在3000小时,国外已经达到了9000小时;



空气压缩机:国内现在采取低压压缩机,国外主要采取高压空气压缩机,如果能够把压力提高到两倍左右,可能它的效率提高50%。



五“电电混合"氢能汽车技术路线是中国特色



“电电混合"是基本含义是,燃料电池发动机发的电与车载电池的电“混合"起来给电机做功,驱动汽车运动。从纯电动到具有部分电力和部分燃料电池驱动的系统上看,可以分成2类:



①以动力电池的电能为主的电动汽车,燃料电池的电能用来补足驱动。



②以燃料电池电能为主的电动汽车,动力电池用来补足它的驱动。



为什么不发展全燃料电池发动机的氢汽车呢?



①燃料电池发动机功率,目前还不能满足电动汽车的要求。国内燃料电池发动机电堆功率密度大概在2kW/L左右,国际上先进
水平也是在3kW/L左右。也就说,目前国内外动力电池不能满足电动汽车的要求,同样,燃料电池发动机的能力也不能满足汽车的要求。



②燃料电池发动机是一个全新的产品,还有许多技术要求,要依靠产业化来完善,同时目前其单位成本还比较高;



③目前电-电混合动力系统是以动力电池汽车为基础的。同是电-电混合动力系统可以弥补动力电池的汽车的不足;



④中国的燃料电池汽车取得了很明显的进步,但是还面临许多挑战,电-电混合动力系统是相对比较稳妥的技术方案。



六、“电电混合"氢能汽车技术的应用



目前电动汽车的主要不足:持续里程较短,充电时间较长。



电动城市公交车和电动城市配送车辆,在城市已经能基本满足使用要求,但是对持续里程较长车辆而言,比如对城市之间远程公交汽车等,就力不从心了。



“电电混合"氢能汽车技术的应用主要有:



①目前城市越来越大,大城市下面有卫星城市,城市之间远程公交汽车是电电混合"氢能汽车技术应用主战场;



②“电电混合"氢能汽车,有充电可以充电,没有时间充电,就加氢,满足部分用户的对里程厂和充电不方便的要求。



七、“电电混合"氢能汽车技术应用的注意事项



对汽车工程而言,系统组成结构是越简越好。



电电混合是不仅两套系统的组合,对系统集成提出了更高的要求。要注意的是,不要人为地增加难度。



①不要在车上进行制氢、提纯氢气工艺加工;



②不要在车上对氢气进行压缩加工工艺;



③“电电混合"氢能技术的基本要求是瓶装压缩氢气。



一句话,车上空间极为有限,“电电混合"系统的布置已经是相当困难了,不要人为把工厂里的氢气加工工艺予以简化,搬到车上来都是不可取的。地面工厂做不到的事情,车上也是做不到的。



文章来源: 索比光伏网   侵删
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