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氢能源汽车动力编制集成钻研
发布时间: 2020-06-30 来源:未知 点击次数:

作者 |谭元文丨武汉格罗夫氢能汽车有限公司

来源 |《北京汽车》;EDC电驱异日

1 氢能源汽车动力编制的上风

氢能源汽车采用氢气行为动力能源,在燃料电池编制里与氧气发生化学逆答产生电,经过DC/DC(Direct Current/Direct Current,直流电升压转换器)电压处理之后,三相高压电驱动电机,带动汽车走驶。氢气与氧气发生化学逆答的产物只有炎量、水和电,不会有任何碳化物,实现了零排放,所以不会对环境产生污浊。氢能源汽车除了环保以外,还有以下上风。

(1)添氢时间短。

清淡添满一切氢瓶只必要3~5 min。

(2)续航里程可控。

乘用车续航清淡能够达到500 km以上,能够清除用户的“续航忧郁闷症”。续航里程与车载氢瓶数目直接有关,添大氢瓶容积能够增补续航里程。在考虑整车成本的情况下,可根据车辆续航请求调整氢瓶容积。

(3)地域限制性幼。

氢能源汽车现在可实现-20℃环境下冷启动,所以在北方也能够操纵氢能源汽车。随着技术的发展,已有厂家试验-40℃矮温环境下冷启动,倘若试验成功,则高寒地区也可运走氢能源汽车。

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(4)氢气来源较广。

可议定炎化学制氢、水电解制氢、等离子体制氢、化石能源制氢、太阳能制氢、生物质制氢、核能制氢、含氢载体制氢、副产氢回收等众栽方式制取氢气,氢气来源普及。

2 氢能源汽车燃料电池编制原理

氢能源汽车的动力编制关键是燃料电池编制。燃料电池挑供了氢气、氧气化学逆答的场所,并把电流荟萃、输出。同时,编制必要给燃料电池供给氢气、氧气,挑供冷却,保证燃料电池平常高效运走。所以,燃料电池编制是一个复杂的电流发生编制,分歧厂家给出了分歧的编制原理图,所介绍的编制原理如图1所示。

为保证燃料电池平常高效运走,图1设计了4条回路:

氢气路——由高压氢瓶、氢气循环泵、阀组等构成。向电堆供给氢气,并将高压氢气降压至燃料电池所需压力。

空气路——由空滤、空压机、中冷器、添湿器等构成。向电堆供给氧气,使得氢气在电堆内部足够发生化学逆答。

冷却水路——由膨大水箱、去离子器、水泵、散炎器等构成。将电堆内部化学逆答产生的炎量带走,保证电堆赓续做事在最佳温度。

电路——由DC/DC等构成。后接车辆各用电设备。

图1 燃料电池编制原理图

3 燃料电池编制关键零部件

围绕4条回路介绍编制中涉及的关键零部件。

1)高压氢瓶

图2 高压氢瓶组

现在国内市场上主要有Ⅲ型瓶供汽车高压供氢编制操纵,如图2所示。Ⅲ型瓶做事压力为30~70 MPa,操纵寿命为15~20年;瓶身采用金属铝内胆。现在国内供答商主要有沈阳斯林达、北京天海、张家港国富氢能等。也有厂家宣称已经成功研制了Ⅳ型瓶,已根据国外氢瓶标准议定了实验验证。但现在吾国异国清晰的法规标准,还不及行使于车辆上。

2)空压机

韦一乐则分歧。他心中虽也有驱逐鞑虏的大义,但走事却过于随性,杀人吸血毫不在意,实在难以让普及的社会道德所容忍。

空压机为编制挑供已足压力请求的空气。燃料电池编制用空压机可分为2大类,即容积式和速度式(透平式)。容积式分为回转式(包括螺杆式、滑片式、罗茨式)和去复式(包括活塞式、隔膜式)。速度式主要包括离心式、轴流式、喷射式、混流式。现在在氢能源汽车上操纵的空压机主要有4栽类型。

(1)双螺杆压缩机。

螺杆式制冷压缩机具有转速高、质量轻,体积幼、占地面积幼以及排气脉动矮等一系列益处。但其转子、机体等部件添工精度请求高,装配请求比较厉肃;油路编制及辅助设备比较复杂;转速高,噪声比较大。

(2)涡旋压缩机。

涡旋式压缩机属于容积式死板,行业动态在容积式流体死板中容积效率较高,且压力与气量不息可调,在宽的工况下都能够达到较高的效率。涡旋死板可设计成压缩机—电机—膨大机共轴的一体化组织型式,但与离心式相比尺寸和质量较大。

(3)罗茨压缩机。

现在只有丰田采用该压缩机,这是一栽行使两个叶形转子在气缸内作相对活动来压缩和输送气体的回转压缩机。这栽压缩机靠转子轴端的同步齿轮使两转子保持啮相符。

(4)离心压缩机。

本田、通用汽车都在操纵该压缩机,这是一栽速度式压缩机,有诸众益处,如排气量大、排气均匀、气流无脉冲,转速高、体积幼、效率高、噪声幼,机内不必要润滑,密封奏效益、泄露形象少,有平整的性能弯线,操作周围较广,易于实现自动化和大型化,易损件少、修补量少、运转周期长。弱点主要是负荷转折大,气流速度大,流道内的零部件有较大的摩擦亏损,有喘振形象。

各型式空压机性能对比见外1。

外1 空压机性能对比

3)添湿器

图3 添湿器

空气在进入电堆之前必要添湿处理,确保质子交换膜有适答的湿度。电堆内部的空气湿度与电导率有亲昵有关,倘若电堆内过于干燥会导致电导率大幅消极;倘若湿度过大,电堆内有液态水起伏,会窒碍氢气、氧气接触到催化剂发生化学逆答产生电流;所以必要对电堆采取适答的添湿措施。添湿办法包括内添湿、外添湿。图1中编制采用的外添湿器如图3所示。现在添湿器的供答商主要来自国外。

4)散炎器

散炎器由高温散炎和矮温散炎两片面构成,其中高温散炎只供电堆操纵。电堆对冷却介质性能请求较高,比如具有电导率极矮、无污浊性、炎容量高、凝结点矮等特性,清淡采用纯水或者纯水与乙二醇的同化物。矮温散炎采用两条回路,空压机、空压机限制器为一条回路,电机、电机限制器、分电器、直流升压转换器为另一条回路。

5)去离子器

去离子器(如图4所示)在冷却介质循环过程中不息将介质去离子化,保证介质的高纯度,达到冷却需求。一旦编制监测到介质纯度不悦足冷却请求,则挑醒更换新的冷却介质。

图4 去离子器

4 氢能源动力编制的发展

现在氢能源产业链还不走熟,氢能源动力编制在零部件选型上空间较幼,关键的零部件只能采用现存产品,云云集成的动力编制效率矮下,所以国内现在异国氢能源乘用车上市出售。随着氢能源产业的发展,越来越众的资源投入会聚焦到氢能源上,零部件技术会趋于成熟,氢能源动力的关键技术会得到更益解决。不光会在动力编制技术上取得较大突破,而且其开发周期、研发成本等方面都会大幅削减。