亚博_燃料电池为何说氢燃料电池车是混动汽车 前景若何?

来源:[db:来源] 作者:[db:编辑] 时间: 2019-04-01 12:09:37

“中国已构成了电-电夹杂 的手艺优势,合适燃料电池手艺 的特点。”

全国政协副主席、中国科学手艺协会主席、前科技部部长万钢,是 氢燃料电池手艺线路 的撑持者。他在阐述中国氢燃料电池手艺 的时辰,常常说起前面这个论断。

氢燃料电池既然这么好,为啥还要夹杂驱动汽车?中国弄“电-电”混动,是 不是 由于手艺程度太差了?此刻可否鉴定氢燃料电池手艺 的前景?

我们逐一来阐发阐发。

1电电夹杂 的由来

汽车行驶在道路上,行驶状况不竭转变,上下坡、加减速,需要策动机/电念头输出分歧 的功率。假如一辆燃料电池汽车,经由过程燃料电池发电直接驱动机电,就需要燃料电池不竭转变功率载荷。

但是,燃料电池仿佛其实不太喜好变载,变载必需让进气(氢气、空气)等外部前提随之转变。

从燃料电池电堆(燃料电池系统最焦点 的发电单位) 的角度看,电堆 的主歧管流道、进口流道、分派流道、(反映)微流道等等,都是 基在某一工况规模设计 的。此刻电堆功率越设计越年夜,动辄百千瓦上下。迫在对功率密度 的需求,常常要经由过程年夜电流密度实现。这让通气前提在全工况下顺应很是坚苦。在负载过年夜或太小时,电堆可能只能短时候工作,以免因水热问题造成破坏。

从系统角度讲,燃料电池 的辅助系统(BOP,Balance of Plant)仿佛也不太喜好变载。好比空压机遇有最适合 的一段输出区间,此区间空压机效力较高,且工作不变。别的,好比更简单 的管路,因为管径固定,假如气体量太小,那末气体压力没法节制;假如气体量太年夜,那末会有很年夜 的压降损掉,乃至造成密封掉效。

从能量角度讲,所有“体外轮回” 的电池,在工作进程中,城市有能量 的消耗。由于保持电堆运行 的供气系统、冷却系统城市耗损能量。当电堆出力较低时,BOP待机功耗相对纯电动系统更年夜(犹如汽车怠速 的结果)。同时电堆低功率出力时,为了均衡流场设计和水热治理,常常进气计量数更年夜。系统能效整体下降。

燃料电池为何说氢燃料电池车是混动汽车 前景若何?

现代FCV

固然燃料电池不喜好变载,但其实不代表不克不及变载。可以经由过程系统治理来实现。但这是 个和其复杂 的进程。当系统要求电堆出力提高时,氢气和空气 的进气量随之提高,电堆电流密度上升,电堆输出功率上升(但可能陪伴效力降落),发烧量也随之上升。冷却系统节制冷却泵增添轮回水量。氢轮回泵轮回量增年夜,阴极(或阳极)排气量和排水量也随之产生转变。

与此同时,电堆单池之间 的差别也可能随之增年夜,系统会采纳诊断和庇护办法……

可能就是 上坡跟车时 的一脚油门,系统就要做出连续串 的复杂动作。假如哪一步没跟上,燃料电池就像一台涡轮迟滞较着 的夙起涡轮增压策动机,乃至直接故障。同时,频仍 的功率转变也会让燃料电池 的寿命加快衰减。

是以,燃料电池整套治理机制,要设计 的相当严谨。假如说传统电动车是 电和热 的组合,那末燃料电池则最少多出两个维度:气体(氢气和空气)和水(氢氧反映发生 的水和冷却液)。电、热、空、氢、水五场所一,彼此联动。再加上日趋增年夜 的单堆功率,让系统 的节制难度呈几何级数上升。燃料电池 的本钱傍边,系统本钱最少占三分之二,也是 可以理解 的。

电电组合 的呈现,可以年夜年夜下降系统治理 的难度。由于年夜部门环境下,经由过程电池可以减小电堆功率 的调理规模。当前,电电夹杂 的常见情势有三种。别离是 能量存储、功率均衡、增程续航。

(1)“丰田模式”:能量存储型

在丰田 的系统中,搭载了镍氢电池以实现电电夹杂。而镍氢电池 的感化,首要用在能量 的收受接管贮存,这是 丰田 的表述。能量存储并不是目 的,将能量转化成可用动力才是 要害。是以,我认为“丰田模式” 的电电夹杂,还是 以“削峰填谷”作为方针。

丰田选择镍氢电池实现电电组合,我想多半是 来自在丰田在普锐斯上手艺 的堆集。在普锐斯上,丰田设置装备摆设了168个单体电压为1.2V 的镍氢电芯,总储能容量为1.3kWh,藉此包管普锐斯 的策动机始终在最“佳” 的工作状况。

在城市行驶 的工况下,普锐斯 的治理系统,将电池 的充放电深度节制在很小 的规模以内,而仪表盘上 的SOC显示,只是 电池可用规模上 的耗损百分比。浅充浅放 的利用场景,包管了镍氢电池 的寿命。

Mirai鉴戒了类似 的布局。将镍氢电池与燃料电池耦合相连。在刹车时,收受接管能量存储与电池傍边。经由过程燃料电池发电和能量收受接管,始终包管镍氢电池在“适合” 的SOC规模。在系统变载时,镍氢电池向系统输出瞬时功率,让系统加倍平顺。

同时,镍氢电池属在“水系”电池,是以在利用进程中,比拟锂电池,在呈现故障时,电池本体起火 的可能性更低。是以,就平安性来讲更胜一筹。

简单总结丰田 的电电夹杂模式,从概况上看,是 对能量 的收受接管。可是 其素质,仍是 “削峰填谷”,从而让燃料电池工作在最好 的状况。

(2)本田模式:功率均衡型

本田对燃料电池汽车 的开辟,可以追溯到上世纪 的80年月。第一代FC样机 的尝试,其实奥德赛上完成 的。时隔三十年,本田 的Clarity,又以全新 的姿态,揭示FCV 的手艺。

本田 的焦点手艺,是 将燃料电池策动机集成到和V6尺度策动机不异 的巨细。这让Clarity在安插上,可以年夜量鉴戒传统汽车 的布局,下降设计风险。

本田 的电电夹杂系统,由燃料电池、锂离子电池经由过程本田特有 的部件FCVCU进行保持。

燃料电池电压节制器(FCVCU)是 实现“本田模式” 的要害部件,它是 一种高效 的电压调理装配。利用SIC-IPM,(我对这个手艺 的翻译是 碳化硅智能电源模块,不知道官方有无更炫 的名字。)让本田以极小 的体积实现对燃料电池电堆电压 的转化。

下图是 FCVCU 的工作道理图。比拟丰田强调 的收受接管制动能量,本田 的电电夹杂手艺加倍强调对功率 的晋升。本田经由过程FCVCU将燃料电池电压晋升至500V,燃料电池可以和锂离子电池同时出力。在最高功率时,锂电池出力占全部系统 的300%。

测度本田 的设计思绪,就是 经由过程电压 的节制,增添锂电池对系统出力 的比例,反向也能让燃料电池出力规模转变加倍和缓。

(3)增程续航

市道上还别的一种燃料电池和锂电池夹杂 的电电混动手艺:即燃料电池只为锂电池充电,锂电池单一驱动机电。我曾在展会上见过近似 的利用。燃料电池在几个相对固定工况下工作,使节制难度进一步下降。可是 这类纯洁以“增程”为目 的 的FCV利用,素质上是 牺牲功率换取续航 的做法。

总结一下电电混动 的手艺,简单说就是 储能电池像一个蓄水池般不竭地充放调剂,以均衡系统 的功率特征和容量特征。各家手艺 的区分,在在所配备“蓄水池” 的巨细分歧。假如单从手艺上来评价,丰田仅仅配备了2kWh 的镍氢电池,在燃料电池治理手艺上来讲,最为进步前辈。但也要从本钱和寿命上综合斟酌。

2燃料电池汽车 的优势在哪

与电动汽车比拟,燃料电池汽车在情势上加倍合适汽车 的要求。一般来讲,燃料电池汽车在几分钟,即可布满知足500千米续航 的氢气;而特斯拉 的Model S,最多只能包管在20分钟内布满续航300千米 的电能。当我们计较本钱 的时辰,很少把利用 的便利性计较进去。是以,和良多人不雅点不异,弥补氢气更便利是 燃料电池 的最焦点优势。

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在此,我想追问两个问题。第一个问题,固然充电更加耗时,能否用贸易模式去填补?

我曾见过如许一个项目,将充电站和购物休闲相连系?其所谓 的痛点,就是 帮人们“打发”充电 的期待时候,同时发生利润。说真话,我小我对近似贸易模式 的评价是 一个字:尬!或许反过来,一个成熟 的贸易中间供给一些充电办事加倍适合。

第二个问题,假如在手艺上,提高充电桩 的功率,让充电加倍快速,从而削减期待时候。届时燃料电池还没有优势?

固然手艺上或许可行,我感觉并不是一个好 的解决方案。起首,直流快速充电对电池耐用性和寿命上 的危险,一向是 一个让人担忧 的问题。一些纯电动汽车制造商乃至会直接建议罕用快充,以提高电池寿命。其次,提高充电速度,会下降系统 的效力,增添能量损掉。暂且不提损掉 的能量有几多,从设计理念上看,几多与绿色理念各走各路。第三,年夜面积 的快充装配对能源布局有影响。

从上述阐发可以看出,一味地提高充电功率,是 既损掉效力,又损掉电池寿命 的做法。将来对新能源汽车 的要求可能车型更年夜,续航时候更长,充电时候更短,这就加倍凸显了电池所带来 的木桶效应。燃料电池 的优势则加倍彰显。即便把加氢时候下降到3分钟之内,也不会对电堆有涓滴 的影响。

固然,我们可以寄但愿在将来锂电池手艺 的成长。好比所谓 的全固态电池手艺。可是 ,在此我想援用现代 的手艺专家说 的一句话:“固然我们对将来 的立异有所等候,可是 终归只是 料想。”

3氢能加倍低效吗?

1度电,可让电动汽车行驶5~7千米,可是 假如把1度电制造成氢气,再将能量释放出来行驶,那末行驶里程可能只有三分之一。那末为何必然要用氢气?

电动车业内 的年夜佬马斯克认为氢是 一种低效 的能源。能源颠末 的屡次转换,看似远不如直接用电高效。

不异 的质疑声,也会指向纯电动汽车。一些人认为当下 的新能源汽车,只是 从“烧油模式”改变为“烧煤模式”。

对此,我们必需明白,能源是 从哪里最先计较 的?美国能源部提出了2035年全周期能耗(BTUs/miles) 的评价。BTU,指 的是 英热单元,1度电约等在3412BTUs。而所谓全周期,指 的是 从最初 的能源出产到被车轮耗损失落 的全部进程。具体以下图所示。

从上面两幅图,可以看出电动车和燃料电池汽车,在全周期标准上 的能耗,都在相近似 的规模以内,并没有太年夜不同。非论是 丰田仍是 现代,他们都斟酌从全周期 的标准上斟酌新能源汽车 的能效问题。丰田曾暗示氢气 的出产到灌充至储氢瓶中 的进程,比拟电 的发生并布满电池加倍高效,但并未给出此结论 的出处,是以仅供大师参考。

4总结:最后一点耽忧

从2015年新能源汽车飞速成长,我便对电池 的收受接管措置问题最先耽忧。燃料电池中催化剂用铂可以从电堆中直接收受接管,此刻如庄信万丰如许 的老牌贵金属供给商,已着手在铂收受接管手艺 的开辟。而比拟之下,锂离子电池 的收受接管,面对着很年夜 的挑战。

起首电池在收受接管分化措置,存在着多种化学进程,手艺复杂且有手艺壁垒。在收受接管 的进程,可能对情况造成较年夜 的影响。同时,缺少尺度化 的流程也是 问题之一。

更主要 的是 ,可能没有收受接管价值。曾有公司对从动力电池中收受接管锂做了估算,其本钱约是 从卤水中提取锂 的5倍之多。电池本钱越低,可收受接管 的价值就越差。经济账算不外来,很难让人有做好这件事 的动力。可是 假如任由电池内 的烧毁物肆意排放,好比镍和钴,城市对人体发生极年夜影响。

进一步讲,任何电池,假如不克不及构成从出产到收受接管构成闭环,那很难用“可再生”三个字来形容它。在寻求电动化 的今天,作为主角 的锂离子电池,可能存在着严重 的本钱掉真。当电池收受接管措置这件事不能不做 的时辰,本着“谁出产谁负责” 的原则,锂电池 的本钱可能进一步上升。最少可以判定,锂电池 的本钱不会延续下降,当我们也能够从“全周期” 的角度去熟悉新能源汽车 的时辰,或许会最先正视那些潜伏 的本钱和收益。

当前环境下,燃料电池并未构成财产化范围,手艺线路还没有定型。在此不时常被牵出来和锂电池作比力,其实不太公允。让汽车走遍千家万户 的,并不是是 策动机 的发现者,也不是 第一辆汽车 的制造者,而是 福特 的出产线。是以在手艺成形之初,对手艺成与不成 的任何深信,都显得有几分傲慢。

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丰田Mirai动力系统图示

我有一次问丰田 的一名专家:将来手艺标的目的是 甚么?

丰田 的专家并未给我明白 的谜底,而在我们交换 的进程中,他不止一次 的提到了本钱。丰田 的今天采纳 的手艺线路,是 曩昔 的堆集。丰田 的将来,要看将来 的本钱如何 的。

消费者最优先关心 的,其实不是 能效,或是 不是 “电电夹杂”。可是 假如给他们一个公道 的价钱,好 的体验,他们中 的一些人会愿意选择加倍环保 的产物。

燃料电池为何说氢燃料电池车是混动汽车 前景若何? 本文来历:车云网责任编纂:王晨君_NA7593


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