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行业新闻

氢燃料电池既然这么好为啥还要夹杂驱动汽车?

作者:admin 发布时间:2019-04-08 01:42

  秒速赛车彩票▓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,是氢燃料电池手艺路线的支撑者。他在阐述中国氢燃料电池手艺的时候,经常提及前面这个论断。

  氢燃料电池既然这么好,为啥还要夹杂驱动汽车?中国搞“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?

  汽车行驶在道路上,行驶形态不竭变化,上下坡、加减速,需要策动机/电动机输出分歧的功率。若是一辆燃料电池汽车,通过燃料电池发电间接驱动电机,就需要燃料电池不竭变化功率载荷。

  然而,燃料电池似乎并不太喜好变载,变载必需让进气(氢气、空气)等外部前提随之变化。

  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、入口流道、分派流道、(反映)微流道等等,都是基于某一工况范畴设想的。新疆时时彩注册此刻电堆功率越设想越大,动辄百千瓦上下。迫于对功率密度的需求,往往要通过大电流密度实现。这让通气前提在全工况下顺应很是坚苦。在负载过大或过小时,电堆可能只能短时间工作,以避免因水热问题形成损坏。

  从系统角度讲,燃料电池的辅助系统(BOP,Balance of Plant)似乎也不太喜好变载。好比空压机遇有最合适的一段输出区间,此区间空压机效率较高,且工作不变。别的,好比更简单的管路,因为管径固定,若是气体量太小,那么气体压力无法节制;若是气体量太大,那么会有很大的压降丧失,以至形成密封失效。

  从能量角度讲,所有“体外轮回”的电池,在工作过程中,城市有能量的损耗。由于维持电堆运转的供气系统、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大(好像汽车怠速的结果)。同时电堆低功率出力时,为了均衡流场设想和水热办理,往往进气计量数更大。系统能效全体降低。

  虽然燃料电池不喜好变载,但并不代表不克不及变载。能够通过系统办理来实现。但这是个及其复杂的过程。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(但可能陪伴效率下降),发烧量也随之上升。冷却系统节制冷却泵添加轮回水量。氢轮回泵轮回量增大,阴极(或阳极)排气量和排水量也随之发生变化。

  与此同时,电堆单池之间的差别也可能随之增大,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。若是哪一步没跟上,燃料电池就像一台涡轮迟滞较着的早起涡轮增压策动机,以至间接毛病。同时,屡次的功率变化也会让燃料电池的寿命加快衰减。

  因而,燃料电池整套办理机制,要设想的相当严谨。若是说保守电动车是电和热的组合,那么燃料电池则至多多出两个维度:气体(氢气和空气)和水(氢氧反映发生的水以及冷却液)。电、热、空、氢、水五场所一,彼此联动。再加上日益增大的单堆功率,让系统的节制难度呈几何级数上升。燃料电池的成本傍边,系统成本至多占三分之二,也是能够理解的。

  电电组合的呈现,能够大大降低系统办理的难度。由于大部门环境下,通过电池能够减小电堆功率的调理范畴。当前,电电夹杂的常见形式有三种。别离是能量存储、功率均衡、增程续航。

  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,次要用于能量的收受接管储存,这是丰田的表述。能量存储并非目标,将能量转化成可用动力才是环节。因而,我认为“丰田模式”的电电夹杂,仍是以“削峰填谷”作为方针。

  丰田选择镍氢电池实现电电组合,我想多半是来自于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,借此包管普锐斯的策动机一直在最“佳”的工作形态。

  在城市行驶的工况下,普锐斯的办理系统,将电池的充放电深度节制在很小的范畴之内,而仪表盘上的SOC显示,只是电池可用范畴上的耗损百分比。浅充浅放的利用场景,包管了镍氢电池的寿命。

  Mirai自创了类似的布局。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。通过燃料电池发电和能量收受接管,一直包管镍氢电池在“合适”的SOC范畴。在系统变载时,镍氢电池向系统输出瞬时功率,让系统愈加平顺。

  同时,镍氢电池属于“水系”电池,因而在利用过程中,比拟锂电池,在呈现毛病时,电池本体起火的可能性更低。因而,就平安性来说更胜一筹。

  简单总结丰田的电电夹杂模式,从概况上看,是对于能量的收受接管。可是其素质,仍是“削峰填谷”,从而让燃料电池工作在最佳的形态。

  本田对燃料电池汽车的开辟,能够追溯到上世纪的80年代。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,又以全新的姿势,展示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尺度策动机不异的大小。这让Clarity在安插上,能够大量自创保守汽车的布局,降低设想风险。

  本田的电电夹杂系统,由燃料电池、锂离子电池通过本田特有的部件FCVCU进行保持。

  燃料电池电压节制器(FCVCU)是实现“本田模式”的环节部件,它是一种高效的电压调理安装。使用SIC-IPM,(我对这个手艺的翻译是碳化硅智能电源模块,不晓得官方有没有更炫的名字。)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愈加强调对功率的提拔。本田通过FCVCU将燃料电池电压提拔至500V,燃料电池能够和锂离子电池同时出力。在最高功率时,锂电池出力占整个系统的30%。

  测度本田的设想思绪,就是通过电压的节制,添加锂电池对系统出力的比例,反向也能让燃料电池出力范畴变化愈加缓和。

  市道上还有别的一种燃料电池和锂电池夹杂的电电混脱手艺:即燃料电池只为锂电池充电,锂电池单一驱动电机。我曾在展会上见过雷同的使用。燃料电池在几个相对固定工况下工作,使节制难度进一步降低。可是这种纯粹以“增程”为目标的FCV使用,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整,以均衡系统的功率特征和容量特征。各家手艺的区别,在于所配备“蓄水池”的大小分歧。若是单从手艺上来评价,丰田仅仅配备了2kWh的镍氢电池,在燃料电池办理手艺上来说,最为先辈。但也要从成本和寿命上分析考虑。

  与电动汽车比拟,燃料电池汽车在形式上愈加合适汽车的要求。一般来说,燃料电池汽车在几分钟,便可充满满足500公里续航的氢气;而特斯拉的Model S,最多只能包管在20分钟内充满续航300公里的电能。当我们计较成本的时候,很少把利用的便利性计较进去。因而,和良多人概念不异,弥补氢气更便利是燃料电池的最焦点劣势。

  在此,我想诘问两个问题。第一个问题,虽然充电更为耗时,可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”充电的期待时间,同时发生利润。说实话,我小我对雷同贸易模式的评价是一个字:尬!也许反过来,一个成熟的贸易核心供给一些充电办事愈加合适。

  第二个问题,若是在手艺上,提高充电桩的功率,让充电愈加速速,从而削减期待时间。届时燃料电池还有没有劣势?

  虽然手艺上也许可行,我感觉并非一个好的处理方案。起首,直流快速充电对电池耐用性和寿命上的危险,不断是一个让人担忧的问题。一些纯电动汽车制造商以至会间接建议罕用快充,以提高电池寿命。其次,提高充电速度,会降低系统的效率,添加能量丧失。暂且不提丧失的能量有几多,从设想理念上看,几多与绿色理念各走各路。第三,大面积的快充安装对能源布局有影响。

  从上述阐发能够看出,一味地提高充电功率,是既丧失效率,又丧失电池寿命的做法。将来对新能源汽车的要求可能车型更大,续航时间更长,充电时间更短,这就愈加凸显了电池所带来的木桶效应。燃料电池的劣势则愈加彰显。即便把加氢时间降低到3分钟以内,也不会对电堆有丝毫的影响。

  当然,我们能够寄但愿于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:“虽然我们对将来的立异有所等候,可是终归只是猜想。”

  1度电,能够让电动汽车行驶5~7公里,可是若是把1度电制形成氢气,再将能量释放出来行驶,那么行驶里程可能只要三分之一。那么为什么必然要用氢气?

  电动车业内的大佬马斯克认为氢是一种低效的能源。能源颠末的多次转换,看似远不如间接用电高效。

  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,能源是从哪里起头计较的?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度电约等于3412BTUs。而所谓全周期,指的是从最后的能源出产到被车轮耗损掉的整个过程。具体如下图所示。

  从上面两幅图,能够看出电动车和燃料电池汽车,在全周期标准上的能耗,都在相雷同的范畴之内,并没有太大不同。非论是丰田仍是现代,他们都考虑从全周期的标准上考虑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过程,比拟电的发生并充满电池愈加高效,但并未给出此结论的出处,因而仅供大师参考。

  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起头担心。燃料电池中催化剂用铂能够从电堆中间接收受接管,此刻如庄信万丰如许的老牌贵金属供应商,曾经动手于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,面对着很大的挑战。

  起首电池在收受接管分化措置,具有着多种化学过程,手艺复杂且有手艺壁垒。在收受接管的过程,可能对情况形成较大的影响。同时,缺乏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,其成本约是从卤水中提取锂的5倍之多。电池成本越低,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。可是若是任由电池内的烧毁物肆意排放,好比镍和钴,城市对人体发生极大影响。

  进一步讲,任何电池,若是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”三个字来描述它。在追求电动化的今天,作为配角的锂离子电池,可能具有着严峻的成本失真。当电池收受接管措置这件事不得不做的时候,本着“谁出产谁担任”的准绳,锂电池的成本可能进一步上升。最少能够判断,锂电池的成本不会持续降低,当我们也能够从“全周期”的角度去认识新能源汽车的时候,也许会起头注重那些潜在的成本和收益。

  当前环境下,燃料电池并未构成财产化规模,手艺路线尚不决型。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,新疆时时彩注册并非是策动机的发现者,也不是第一辆汽车的制造者,而是福特的出产线。因而在手艺成形之初,敌手艺成与不成的任何深信,新能源汽车驱动系统都显得有几分傲慢。

  丰田的专家并未给我明白的谜底,而在我们交换的过程中,他不止一次的提到了成本。丰田的今天采纳的手艺路线,是过去的堆集。丰田的将来,要看将来的成本如何的。

  消费者最优先关怀的,并不是能效,或者是不是“电电夹杂”。可是若是给他们一个合理的价钱,好的体验,他们中的一些人会情愿选择愈加环保的产物。



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