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续航能力强/补能速度快 氢燃料电池才是未来科技?

  • 原创
  • 2020-06-18 09:10
  • 来源:电车资源

摘要:科技发展日新月异,纯电动技术和插电式混动技术在新能源领域占据了主流态势,但眼下新能源汽车的发展已经不仅仅局限于一种路线。

【电车资源 用车频道】科技发展日新月异,纯电动技术和插电式混动技术在新能源领域占据了主流态势,但眼下新能源汽车的发展已经不仅仅局限于一种路线。目前纯电动汽车遇到了锂电池的技术瓶颈,在续航里程、充电时间、使用寿命等问题上很难再有突破性进展。于是,近几年来,氢燃料电池汽车重新引起了市场的注意,而这种具有“加氢时间快、续航里程长、能量密度大、清洁环保等”等优势的氢燃料电池技术,能否在未来成为一大趋势呢?

续航能力强/补能速度快 氢燃料电池才是未来科技?

● 什么是氢燃料电池?

续航能力强/补能速度快 氢燃料电池才是未来科技?

氢燃料电池是一种以电化学反应方式将燃料的化学能直接转变为电能的发电装置,工作原理是将氧气和氢气分别送入燃油电池堆的阴极和阳极两端,氢质子穿透质子交换膜的孔洞与氧分子结合,而电子则经由外部电路流动形成电流,并将电能送到电动机进而实现驱动汽车,同时也可以为储能电池充电。

在这个过程中,氢燃料电池不经过机械能或热能转换就产生了电能,因此氢燃料电池具有转化效率高、噪音低、无污染物排出等优点,这也让燃料电池汽车(FCEV)受到新能源汽车行业的高度关注。

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相比于传统燃油车,氢燃料电池车的最大优势是零污染,而且能量转换效率更高。与纯电动汽车相比,氢燃料电池车却具有充氢时间短(一般为3分钟)、能量密度大、续航时间长等优势。除此之外,不同于越用越少的化石燃料,氢能源的来源非常广泛,是一种能够利用各种各样的原料进行制造的清洁能源。

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尽管氢燃料电池车和内燃机、纯电动车相比都有一定优势,但距离大规模普及仍有待巨大的技术突破,比如亟待解决氢气储存和运输的难题。众所周知,氢气的能量密度很高,加上易燃易爆的特性,一方面用户对氢气的使用安全性有所担忧,另一方面氢能源的储存难度和成本均不低。此外,加氢站基础设施的建设耗资巨大,难以开展大范围建设,截至今年3月份,全国加氢站的数量仅有60座。所以,无论从市场推广、基础设施建设、安全性保证还是在成本控制方面,氢燃料电池技术目前都处在一个发展的阶段。

● 氢燃料电池领域的领头羊

氢燃料电池的技术原理最早出现在上世纪80年代,但如今市面上量产的氢燃料电池车依然屈指可数。不过,基于对氢燃料电池技术的美好前景的无限畅想,少数车企则在该项技术中看到了更远的新未来。

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而在推进氢燃料电池车研发、落地和普及这些事情上,相信没有比丰田更有话语权的车企了。丰田在氢燃料电池领域的研发工作,最早可以追溯到1992年,凭借着近三十年的技术研发经验,丰田在开发方面早已确立了坚实的基础,成为了氢燃料电池汽车领域综合实力最强的领先羊。

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在技术专利层面,丰田氢燃料电池涵盖了燃料电池堆专利、高压储氢罐专利、燃料电池系统控制专利以及加氢站技术等。至于产品方面,丰田在2014年推出了第一代Mirai,该车支持快充3分钟,续航600km(NEDC工况下丰田测试值),并在日本、欧洲及北美等地销售。

不过,即便丰田的氢燃料电池汽车技术已处于行业领先的地位,但在推广方面依然见效不大。截止2019年,丰田Mirai在全球的累计销量也仅达到1万台左右,毕竟只靠丰田一家“单打独斗”的确难以取得更大突破。当然,丰田也深知这条路并不好走,所以它愿意以开放的姿态寻找志同道合的伙伴。

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就在不久前,丰田汽车、中国一汽、东风、广汽集团、北汽集团、北京亿华通等6家企业签署合营合同,计划成立“联合燃料电池系统研发(北京)有限公司”,致力于推动氢燃料电池汽车的规模化发展。据丰田此前的预计,其燃料电池汽车的全球产能有望在2020年增长至3万辆,在2025年将增长至20万辆。

● 简析宝马的氢燃料电池系统

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宝马也在积极地与丰田展开合作,早在2011年,宝马就同丰田共同签署备忘录,建立中长期合作关系。前不久,宝马公布了BMW i Hydrogen NEXT氢燃料电池技术细节,来自宝马与丰田共同研发。从结构布局来看,这套氢燃料动力系统与内燃机或混动系统非常接近,这样的设计有利于兼容现有的集成平台,具有强大的技术包容性。

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车头部分是燃料电池装置,体积非常紧凑,比一般的内燃机都小得多,工作原理同样是将氢燃料和氧气发生氧化还原反应,产生电能和水,发电最大功率为125 kW。不过,电驱动系统并非也在车头,因此电能则被运送到装置在后桥的电机上。

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后桥则搭载着的是第五代BMW eDrive电驱动系统,采用高度集成的驱动单元,电机、减速器、电控部件都被集成在一个外壳中,具备轻量化、高性能、高兼容性等特性,最大功率可达275kW。同时考虑到车辆在加速、超车等情况下的动力需求,还在电驱系统上方增加了一个动力电池。

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车辆中央通道的区域布置了两个高压储氢罐,可储存6kg、压力70MPa的氢气,加满氢气的时间只需3-4分钟。虽然官方没有公布具体的续航数据,但宝马表示加满氢气后的续航里程将不输于传统燃油车。

● 写在最后

尽管氢燃料电池在使用上有着显著的先天优势,但该项技术的应用前景尚不明朗。除了要解决氢能源的技术瓶颈和制造成本,政策的激励和推动也显得至关重要,因此短时间内氢燃料电池技术还会是一种很小众的存在,并与其它类型的新能源技术并存发展。目前来看,氢燃料电池技术在国内更多的是应用在商用车领域,而从商用车领域切入,并快速扩大氢能源布局,继而慢慢渗透到乘用车领域,这种路线也不失为氢燃料电池技术的一种发展趋势。

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