为什么说高温冷启动是影响燃料电池汽车商业化的因素之一

  • 原创
  • 2019-08-12 15:03
  • 来源:电车资源 杨丰华

摘要:最近讨论燃料电池汽车的话题比较火热,燃料电池汽车具有市场空间大、技术地位高、加氢光阴短、续航高、净化低等优势。

最近讨论燃料电池汽车的话题比较火热,燃料电池汽车具有市场空间大、技术地位高、加氢光阴短、续航高、净化低等优势。

但目前燃料电池汽车处于产业萌芽期,在基础举动措施、本钱、储存运输、技术方面仍存在一些阻碍,导致氢燃料电池汽车价钱不停居高不下。

下面咱咱咱们来阐发一下燃料电池汽车睁开在技术方面碰到的成就,为什么氢燃料电池汽车在高温冷启动会受影响?

No1:高温冷启动还是影响燃料电池汽车商业化的重要因素之一

浅析|为什么说高温冷启动是影响燃料电池汽车商业化的因素之一

前段光阴试驾了一辆中通燃料电池汽车,在了解该车全体机能的时候发现一个比较有意思的环境。

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中通氢燃料物流车的燃料电池发动机铭牌上面写着环境温度为2℃-50℃,意思是指该燃料电池发动机只能在这个环境温度规模内工作。

如果燃料电池在持续高温或许高温的环境下工作,可能会存在安全危险。

那么按照这种环境可以或许或许预测到的是,该款氢燃料电池汽车在南边比较寒冷的地区应用会遭到一定限制。

虽然跟着技术的提高,目前高温和高温的工作环境已经可以或许或许颠末过程增长加热模块和散热体系解决,但是燃料电池汽车在高温冷启动还是遭到一定程度的影响,启动必要比较长的光阴。

那么是不是只要这款车才会有如许的成就呢?很显然不是,高温冷启动耗时长是目前燃料电池汽车面对的技术难题之一。

No2:高温冷启动与燃料电池的布局无关

燃料电池汽车布局重要有驱动电机、能源电池、燃料电池体系、整车节制器等构成,此中燃料电池体系的重要功效是将氢气颠末过程电化学反应改变为电能给能源电池充电和驱动电机供电,可以或许或许说是燃料电池汽车非常重要的构成部分。

浅析|为什么说高温冷启动是影响燃料电池汽车商业化的因素之一

燃料电池汽车基本布局

常用的燃料电池按其电解质分歧,可以或许分为质子交换膜燃料电池(PEMFC)、固体氧化物燃料电池(SOFC)、熔融碳酸盐燃料电池(MCFC)、磷酸燃料电池(PAFC)和碱性燃料电池(AFC)。分歧范例的燃料电池用途也不一样,各有优缺点。

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各种燃料电池目标及应用领域概述

浅析|为什么说高温冷启动是影响燃料电池汽车商业化的因素之一

氢-空型质子交换膜燃料电池

型ㄇ馊剂衔流车电池采纳的便是氢-空型质子交换膜燃料电池。

目前市场上大部分燃料电池汽车采纳的都是质子换膜燃料电池,质子换膜燃料电池(PEMFC)具有多种机能优势,包含电池操纵温度低(<100℃)、起动速率快等;同时,其普遍利用于交通及移动领域,因此质子换膜燃料电池的全球出货量占据主导地位。

但质子交换膜燃料电池(PEMFC)汽车在高温环境下运行也有一个比较大的弊端,那便是冷启动消耗的光阴比较长。

No3:高温低落燃料电池机能,导致冷启动艰难,与外洋另有较大差距

高温冷启动是指燃料电池汽车可在0℃如下的温度中胜利起动,并可将燃料电池内部温度敏捷晋升至70~80℃以称心正常运行的机能。

燃料电池在常温状况工作时,内部阴极侧H+和通入的O?反应天生水,水以气态或液态颠末过程相应的管道排出。

在无特别掩护并在0℃的工作环境下,燃料电池电化学反应天生的水易结冰导致催化层、扩散层堵塞,阻碍电化学反应的停止,而且水结冰发生的体积变更也会对燃料电池内部布局构成破坏,导致燃料电池反应机能低落。

浅析|为什么说高温冷启动是影响燃料电池汽车商业化的因素之一 

2014年,外洋的一家测试公司对日本丰田临盆的燃料电池汽车Mirai做过一项冷启动试验。将一台丰田Mirai停放在室外一个晚上(17个小时),室外的温度从车辆停止时的-20℃下降到起动时的-30℃,工作职员起动车辆,车辆起动35秒功率为60%,车辆起动70秒功率达100%。

这是一个什么概念,咱咱咱们来对比一下国内,2019年1月28日国度电动客车电控与安全工程技术研究中央对宇通FCEB燃料电池客车停止-30℃高温环车睦起动试验,宇通客车在燃料电池研发领域算是起步比较早的企业。

试验的流程是车辆在-30℃环境中持续冷冻20小时以上,期间每隔一段光阴车辆上电收集燃料电池和能源电池温度,记载二者温降曲线,评估电池舱保暖措施效果;当记载到燃料电池温度≤-20℃、能源电池温度≤-25℃时判断冷冻停止。

浅析|为什么说高温冷启动是影响燃料电池汽车商业化的因素之一 

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环境温度-30℃,燃料电池和能源电池温降曲线

浅析|为什么说高温冷启动是影响燃料电池汽车商业化的因素之一

FCEB-30℃高温起动过程数据记载

试验的相干结论如下:

(1)燃料电池在-30℃环境中冷冻超过20小时后,可以或许或许在15分钟内胜利起动;

(2)车载氢体系在-30℃环境中冷冻超过20小时后,统统管路衔接处均无泄漏。

No4:高温冷启动影响应用寿命,难以分摊其高昂购车本钱

在环境温度较低下运行时,燃料电池发生的水在高温下很容易发生冻结导致电池无法运行或运行很短光阴就被迫停机,而反复起动可能会破坏电池的内部布局,继而严重影响电池的应用寿命。

在氢燃料电池汽车研发领域,日本车企和韩国车企走在前线,并在乘用车实现为了氢燃料电池汽车的量产,国内产出的氢燃料电池的前仍以客车和公用车为主。

根据美国能源局颁布的数据显示,到2020年燃料电池体系要到达的寿命偏向为5000小时。在空气纯度品格较高的环境下,日本丰田公司已胜利测试其燃料电池电堆寿命到达10,000小时。

回到国内,目前车用燃料电池体系寿命普遍在1000-2500小时阁下,根据网络可查询的信息,2018年上汽技术团队已经攻克了燃料电池寿命难关,耐久性初次打破5000小时。

与此同时,我国燃料电池体系的本钱约为1-1.5万元/kW;对付一辆燃料电池功率为30kW的车,其燃料电池体系本钱就高达30-45万元,全车造价近百万。

国内燃料电池实际应用寿命难以分摊其高昂的本钱,2019年国度对燃料电池汽车的补贴还未正式发布,现履行过渡期的补贴按2018年对应模范的0.8倍,根据车型的分歧,最高拿到40万元补贴。

No5:目前解决冷启动的主流应用

目前解决燃料电池汽车高温冷启动重要办法是改变燃料电池内部环境温度,从而到达疾速起动的偏向。办法有加热、通入热空气、冷却水轮回加热、变阻加热、氢氧从加热和气体吹扫等。

此中,加热、通入热空气和冷却水轮回加热等办法附带的辅助体系品格体积较大,不得当车用;而氢氧反应加热、氢泵加热、气体吹扫等办法,因为其原理是在起动时临时改变内部反应环境,外带设备较少,是国内研究应用的热门。

(1)氢氧反应加热法不增长辅助设备,利用H?和O?在电极阳极或阴极一侧间接接触反应,敏捷提高电池温度;

(2)氢泵加热法原理与氢氧应加热相同,颠末过程内部电流感化使供氧侧电极发生氢气,从而间接应发生热量。

No6:全文总结

今年3月份,上汽跃进燃料电池物流车-30°C应用工况实现验收,这是国内首款满意零下30度应用工况的燃料电池物流车,意味着在燃料电池汽车最低起动温度上,中国到达了国际先辈程度。

国度近几年也在赓续加大对燃料电池汽车的投入,出台相应的搀扶政策;同时也有很多专家技术团队在关键技术领域里面获得新的打破,相信燃料电池汽车的大规模商用很快就会到来。

来源:电车资源 杨丰华

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