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车用燃料电池与内燃机之比较

发布时间: 2014-04-03
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3月4日下午,中关村储能产业技术联盟(CNESA)第12期储能产业公益沙龙在中国科学院工程热物理研究所举行。会上,主讲嘉宾清华大学汽车工程系裴普成教授就燃料电池技术及燃料电池应用问题与大家展开探讨,并从制作工艺、成本、辅助系统、整车性能等多个维度对燃料电池汽车与传统内燃机汽车进行比较。

工艺及成本:燃料电池工艺更简便生产成本更低

燃料电池在结构上是比较简单的叠加,比如使用膜电极双极板直接叠加,比内燃机结构简单很多,所以燃料电池可以在小的厂房进行生产,而内燃机仅仅是一个汽缸盖就需要建设专业的生产线,投资金额高达2亿元左右。

辅助系统:部分辅助部件可通用

单独的燃料电池堆不能直接用于汽车或其他场合,必须有辅助系统。燃料电池的效率不是100%,因此需要使用冷却系统解决散热问题,此外还需要供给氢气和空气。燃料电池的空气供给系统与内燃机系统非常类似,所以很多部件可以直接使用内燃机部件,比如空滤器、消声器、增压器等,不过燃料电池的增压器是无油增压器。燃料电池的氢气系统也与氢气内燃机类似。区别在于燃料电池需要对空气和氢气增湿。目前从技术层面上讲,正在努力去掉增湿环节,从而进一步降低成本,因此未来燃料电池可能将不再需要增湿。

以燃料电池堆为核心,增加其他的辅助部件形成完整系统后,就可以进行装车。装车时,可以整体取代内燃机的位置,也可以根据车底盘空间、以模块化形式进行不同的配重安排和空间布置。

巴拉德的燃料电池有两种安装方案,一种是把燃料电池装在车顶,另一种是装在车的后面。巴拉德曾开发的燃料电池系统,所有旋转部件由一根皮带驱动,堆输出功率达110千瓦,2007年在北京示范运行的三辆戴克燃料电池车上安装的就是这种燃料电池系统,每辆汽车装两套,相当于每辆车具有220千瓦的燃料电池功率。本田的燃料电池系统布置方案,铺满了整个汽车底盘。清华大学的燃料电池汽车,是把燃料电池放在车的后面,方便维护。

性能比对:燃料电池与内燃机几乎相当

现在,内燃机的电堆功率密度的国际先进水平大约为3KW/L,燃料电池的体积功率已经能达到与内燃机几乎相当的水准。

从续驶里程动力性加速性来看,燃料电池与内燃机也基本相当。这里所说的续驶里程与一般电动车概念不同,燃料电池可以很方便的多携带一些氢气,不受太多限制,而普通蓄电池的电动汽车如果想携带更多能量储备,意味着要带很多蓄电池,不仅增加成本,同时也会增加很多车体重量。

整车性能:依照内燃机汽车标准做燃料电池车

目前,燃料电池汽车的最高车速都是按照常规内燃机汽车标准在做,最高车速都能够达到每小时160千米左右,续驶里程有的甚至可以达到800多公里,少一些的也可以达到300公里。如果想让燃料电池车续驶里程更远,可以多装一些氢气。

为了能够达到最高车速,现在国际上装载于轿车上的燃料电池,功率一般都为90千瓦左右。事实上,汽车启动后对功率的需求并不大,有的汽车仅仅需要20%的功率就够了。通常都是混合动力构型,清华的燃料电池客车,只使用了60千瓦的燃料电池系统。

从最大扭矩的角度看,汽车的最大扭矩通常以电机的输出来进行计算,现在燃料电池车的扭矩可以达到200多牛米,与使用内燃机的汽车相比丝毫不差,甚至比内燃机汽车扭矩还大。

现在燃料电池汽车做的比较好的,冷启动已经能够达到零下40度,其余大多数也都达到了零下30度的水平。

从氢气压力方面看,早期的技术水平是35兆帕,目前国际趋势都在努力实现70兆帕。因为通过计算,从35兆帕到70兆帕的提升,造成的能量消耗不是很大,只是将压缩比增加2倍,关键问题是对氢气瓶的耐压技术提出了更高的要求。

文章来源: 中国网
责任编辑: 康开心
 
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