体彩22选5走势图:為什么說低溫冷啟動是影響燃料電池汽車商業化的因素之一

  • 原創
  • 2019-04-02 15:03
  • 來源:電車資源 楊豐華

摘要:最近討論燃料電池汽車的話題比較火熱,燃料電池汽車具有市場空間大、技術地位高、加氫時間短、續航高、污染低等優勢。

十一运夺金走势图 www.xcghd.icu 最近討論燃料電池汽車的話題比較火熱,燃料電池汽車具有市場空間大、技術地位高、加氫時間短、續航高、污染低等優勢。

但目前燃料電池汽車處于產業萌芽期,在基礎設施、成本、儲存運輸、技術方面仍存在一些阻礙,導致氫燃料電池汽車價格一直居高不下。

下面我們來分析一下燃料電池汽車發展在技術方面遇到的問題,為什么氫燃料電池汽車在低溫冷啟動會受影響?

No1:低溫冷啟動還是影響燃料電池汽車商業化的主要因素之一

淺析|為什么說低溫冷啟動是影響燃料電池汽車商業化的因素之一

前段時間試駕了一輛中通燃料電池汽車,在了解該車整體性能的時候發現一個比較有意思的情況。

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中通氫燃料物流車的燃料電池發動機銘牌上面寫著環境溫度為2℃-50℃,意思是指該燃料電池發動機只能在這個環境溫度范圍內工作。

如果燃料電池在持續低溫或者高溫的情況下工作,可能會存在安全風險。

那么按照這種情況可以預測到的是,該款氫燃料電池汽車在北方比較寒冷的地區使用會受到一定限制。

雖然隨著技術的進步,目前低溫和高溫的工作環境已經可以通過增加加熱??楹蛻⑷認低辰餼?,但是燃料電池汽車在低溫冷啟動還是受到一定程度的影響,啟動需要比較長的時間。

那么是不是只有這款車才會有這樣的問題呢?很顯然不是,低溫冷啟動耗時長是目前燃料電池汽車面臨的技術難題之一。

No2:低溫冷啟動與燃料電池的結構有關

燃料電池汽車結構主要有驅動電機、動力電池、燃料電池系統、整車控制器等組成,其中燃料電池系統的主要功能是將氫氣通過電化學反應轉變為電能給動力電池充電以及驅動電機供電,可以說是燃料電池汽車非常重要的組成部分。

淺析|為什么說低溫冷啟動是影響燃料電池汽車商業化的因素之一

燃料電池汽車基本結構

常用的燃料電池按其電解質不同,可以分為質子交換膜燃料電池(PEMFC)、固體氧化物燃料電池(SOFC)、熔融碳酸鹽燃料電池(MCFC)、磷酸燃料電池(PAFC)和堿性燃料電池(AFC)。不同類型的燃料電池用途也不一樣,各有優缺點。

淺析|為什么說低溫冷啟動是影響燃料電池汽車商業化的因素之一

各類燃料電池指標及應用領域概述

淺析|為什么說低溫冷啟動是影響燃料電池汽車商業化的因素之一

氫-空型質子交換膜燃料電池

中通氫燃料物流車電池采用的就是氫-空型質子交換膜燃料電池。

目前市場上大部分燃料電池汽車采用的都是質子交換膜燃料電池,質子交換膜燃料電池(PEMFC)具有多種性能優勢,包括電池操作溫度低(<100℃)、起動速度快等;同時,其廣泛運用于交通及移動領域,因此質子交換膜燃料電池的全球出貨量占據主導地位。

但質子交換膜燃料電池(PEMFC)汽車在低溫環境下運行也有一個比較大的弊端,那就是冷啟動耗費的時間比較長。

No3:低溫降低燃料電池性能,導致冷啟動困難,與國外還有較大差距

低溫冷啟動是指燃料電池汽車可在0℃以下的溫度中成功起動,并可將燃料電池內部溫度迅速提升至70~80℃以滿足正常運行的性能。

燃料電池在常溫狀態工作時,內部陰極側H+和通入的O?反應生成水,水以氣態或液態通過相應的管道排出。

在無特殊?;げ⒃?℃的工作環境下,燃料電池電化學反應生成的水易結冰導致催化層、擴散層堵塞,阻礙電化學反應的進行,并且水結冰產生的體積變化也會對燃料電池內部結構造成破壞,導致燃料電池反應性能降低。

淺析|為什么說低溫冷啟動是影響燃料電池汽車商業化的因素之一 

2014年,國外的一家測試公司對日本豐田生產的燃料電池汽車Mirai做過一項冷啟動實驗。將一臺豐田Mirai停放在室外一個晚上(17個小時),室外的溫度從車輛停止時的-20℃下降到起動時的-30℃,工作人員起動車輛,車輛起動35秒功率為60%,車輛起動70秒功率達100%。

這是一個什么概念,我們來對比一下國內,2019年1月28日國家電動客車電控與安全工程技術研究中心對宇通FCEB燃料電池客車進行-30℃低溫環境的冷起動實驗,宇通客車在燃料電池研發領域算是起步比較早的企業。

實驗的流程是車輛在-30℃環境中持續冷凍20小時以上,期間每隔一段時間車輛上電采集燃料電池和動力電池溫度,記錄二者溫降曲線,評估電池艙保暖措施效果;當記錄到燃料電池溫度≤-20℃、動力電池溫度≤-25℃時判斷冷凍停止。

淺析|為什么說低溫冷啟動是影響燃料電池汽車商業化的因素之一 

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環境溫度-30℃,燃料電池和動力電池溫降曲線

淺析|為什么說低溫冷啟動是影響燃料電池汽車商業化的因素之一

FCEB-30℃低溫起動過程數據記錄

實驗的相關結論如下:

(1)燃料電池在-30℃環境中冷凍超過20小時后,能夠在15分鐘內成功起動;

(2)車載氫系統在-30℃環境中冷凍超過20小時后,所有管路連接處均無泄漏。

No4:低溫冷啟動影響使用壽命,難以分攤其高昂購車成本

在環境溫度較低下運行時,燃料電池產生的水在低溫下很容易發生凍結導致電池無法運行或運行很短時間就被迫?;?,而反復起動可能會破壞電池的內部結構,繼而嚴重影響電池的使用壽命。

在氫燃料電池汽車研發領域,日本車企和韓國車企走在前列,并在乘用車實現了氫燃料電池汽車的量產,國內產出的氫燃料電池車目前仍以客車和專用車為主。

根據美國能源局公布的數據顯示,到2020年燃料電池系統要達到的壽命目標為5000小時。在空氣純度質量較高的情況下,日本豐田公司已成功測試其燃料電池電堆壽命達到10,000小時。

回到國內,目前車用燃料電池系統壽命普遍在1000-2500小時左右,根據網絡可查詢的信息,2018年上汽技術團隊已經攻克了燃料電池壽命難關,耐久性首次突破5000小時。

與此同時,我國燃料電池系統的成本約為1-1.5萬元/kW;對于一輛燃料電池功率為30kW的車,其燃料電池系統成本就高達30-45萬元,全車造價近百萬。

國內燃料電池實際使用壽命難以分攤其高昂的成本,2019年國家對燃料電池汽車的補貼還未正式發布,現實行過渡期的補貼按2018年對應標準的0.8倍,根據車型的不同,最高拿到40萬元補貼。

No5:目前解決冷啟動的主流應用

目前解決燃料電池汽車低溫冷啟動主要方法是改變燃料電池內部環境溫度,從而達到快速起動的目的。方法有加熱、通入熱空氣、冷卻水循環加熱、變阻加熱、氫氧反應加熱和氣體吹掃等。

其中,加熱、通入熱空氣和冷卻水循環加熱等方法附帶的輔助系統質量體積較大,不適合車用;而氫氧反應加熱、氫泵加熱、氣體吹掃等方法,由于其原理是在起動時臨時改變內部反應環境,外帶設備較少,是國內研究應用的熱點。

(1)氫氧反應加熱法不增加輔助設備,利用H?和O?在電極陽極或陰極一側直接接觸反應,迅速提高電池溫度;

(2)氫泵加熱法原理與氫氧反應加熱相同,通過外部電流作用使供氧側電極產生氫氣,從而直接反應產生熱量。

No6:全文總結

今年3月份,上汽躍進燃料電池物流車-30°C使用工況完成驗收,這是國內首款滿足零下30度使用工況的燃料電池物流車,意味著在燃料電池汽車最低起動溫度上,中國達到了國際先進水平。

國家近幾年也在不斷加大對燃料電池汽車的投入,出臺相應的扶持政策;同時也有很多專家技術團隊在關鍵技術領域里面取得新的突破,相信燃料電池汽車的大規模商用很快就會到來。

來源:電車資源 楊豐華

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淺析|為什么說低溫冷啟動是影響燃料電池汽車商業化的因素之一

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