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车用燃料电池需解决商业化挑战

2019-05-28 15:08来源:中华汽车网责编:孟晓澜站点:www.hainnews.com

   燃料电池需要考虑各种车用工况下的可靠性和耐久性问题。从上世纪90年代到2005年,国际上解决了燃料电池对车用工况的适用问题。从2005年到2012年,燃料电池的成本实现了下降,其成本已经接近纯电动汽车,稍贵一点。之后,2015年成为了燃料电池产业的发展元年,实现了市场化。

车用燃料电池需解决商业化挑战

   其实,在2014年12月15日,丰田Mirai氢燃料电池车在日本正式上市,宣布成功商业化,同时宣布它的专利不收费,这对整个行业意义重大。但是由于加氢站的制约,丰田在推广氢燃料电池小轿车之后,转向了大巴车型,并从2015年开始在东京做示范运行。

   目前,本田等各大公司也在推出燃料电池新型娇车。最近,本田正与通用合作,建设燃料电池堆生产线。今后,随着各大企业燃料电池堆生产线的建设,燃料电池的产量将会成倍增加。

   就电池系统而言,受工况影响,燃料电池产业花了15年时间才解决了燃料电池在不同工况状态下的车用需求,使用时间达到5千到1万小时。工况对性能影响非常大,解决工况问题,首先要上电电混合,把工况变化压力传给锂电池,燃料电池在准稳态下运行,寿命大幅度提高。其次要防止电池长期处在大于0.85的高电压下工作,在怠速、开路时可给二次电池充电,给水箱加热或利用空气循环。对车的启停,要采用放电的方法,消除空气进入氢腔引起的高电压等。现在,国内外的差距主要是在电堆的阳极水管理方面。我们希望国内做发动机的企业尽快把这件事情做好,燃料电池的使用时间就有望提高1000-2000小时。

   我们也希望科研机构能够与生产单位进行深层合作,把控制衰减的方法更好地运用到电池系统当中。但是,这些在单池已证明的各种有效方法,应用到电堆上,还有很多工作需要做,我们希望能够通过真诚合作来提高电堆的可靠性和耐久性。

   从国际上看,空压机成本下降速度比较慢。要想降低燃料电池系统的成本,降低空压机和氢循环泵的成本很重要,氢气瓶的成本也需要大幅度下降。综合来看,燃料电池汽车成本下降对燃料电池、空压机、氢瓶、氢循环泵成本控制都要有严格要求。

   在空压机领域,比如佛山某厂商生产的空压机,它的主要问题是噪声比较大,可靠性稍微偏低。在氢气瓶制造方面,我们已经在生产35MPa的氢气瓶,75MPa的氢气瓶还在研发当中。只有采用塑料内胆(可镀),才能用低强度的碳纤维,这样氢瓶的成本也能降下来,但这需要进行大量的研发工作。

   空压机、高压储氢瓶是制约我们进一步大幅度降低燃料电池成本的关键问题。我们也希望国家能够提供支持,解决这方面的问题。另外,我们还需要尽快制定大巴车的安全标准,比如氢气瓶到底能不能放在车底下,氢气管线特别是接头部分允不允许通过驾驶舱和载客舱等。我们还需要考虑撞车以后,燃料电池的高压如何解决?比如,目前丰田采用的是一个堆,一旦发生碰撞,一个堆200多伏电压,而且里面有残存氢,这将是非常危险的。这些问题都需要从实验和标准方面进行解决,实现撞车后燃料电池电堆电压迅速降至安全电压以下。

   碳纸这块,国内主要是中南大学在进行研发,产品性能已超日本Torry公司,但是在国内并没有实现商业化,这主要是因为缺少资金支持。现在,企业不太愿意对其进行投资,主要是考虑到短期内的资金利润率。因此,燃料电池关键材料的商业化问题、生产线的建立问题,是整个行业必须面临的最大问题。

   对薄金属双极板,冲压和激光焊接方面,我们的技术都已经过关了,剩下的是表面改性技术,比如用等离子喷涂进行表面改性。我们用金属双极板做出的电堆,工作电流密度是1安倍,比国际上的1.5安培的低,因此电堆的功率密度也比丰田、通用的低。

   采用电喷涂制备的新型膜电极组件(MEA)比一般喷涂的产品性能好一点。而且在有序化电极方面,我们也做到了接近3M公司的水平,但是这种方法难以批量生产,需要对其进行改造,以适应批量生产工艺要求。

   我们与国外的差距部分还有MEA的在线水含量测量,这也是丰田的一个优点。我们需要向国外学习,比如丰田不仅能够在线测量MEA水含量,而且能够在线控制MEA水含量。目前,世界上在燃料电池发动机领域,也只有丰田有这种在线水含量测量能力。

本文标题:车用燃料电池需解决商业化挑战
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