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                  裴普成:車用燃料電池與內燃機之比較

                  發布時間: 2014-05-21 15:46:24    來源: 本站原創
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                  [摘要]3月4日下午,中關村儲能產業技術聯盟(CNESA)第12期儲能產業公益沙龍在中國科學院工程熱物理研究所舉行。會上,主講嘉賓清華大學汽車工程系裴普成教授就燃料電池技術及燃料電池應用問題與大家展開探討,并從制作工藝、成本、輔助系統、整車性能等多個維度對燃料電池汽車與傳統內燃機汽車進行比較。

                     3月4日下午,中關村儲能產業技術聯盟(CNESA)第12期儲能產業公益沙龍在中國科學院工程熱物理研究所舉行。會上,主講嘉賓清華大學汽車工程系裴普成教授就燃料電池技術及燃料電池應用問題與大家展開探討,并從制作工藝、成本、輔助系統、整車性能等多個維度對燃料電池汽車與傳統內燃機汽車進行比較。

                    工藝及成本:燃料電池工藝更簡便生產成本更低

                    燃料電池在結構上是比較簡單的疊加,比如使用膜電極雙極板直接疊加,比內燃機結構簡單很多,所以燃料電池可以在小的廠房進行生產,而內燃機僅僅是一個汽缸蓋就需要建設專業的生產線,投資金額高達2億元左右。

                    輔助系統:部分輔助部件可通用

                    單獨的燃料電池堆不能直接用于汽車或其他場合,必須有輔助系統。燃料電池的效率不是100%,因此需要使用冷卻系統解決散熱問題,此外還需要供給氫氣和空氣。燃料電池的空氣供給系統與內燃機系統非常類似,所以很多部件可以直接使用內燃機部件,比如空濾器、消聲器、增壓器等,不過燃料電池的增壓器是無油增壓器。燃料電池的氫氣系統也與氫氣內燃機類似。區別在于燃料電池需要對空氣和氫氣增濕。目前從技術層面上講,正在努力去掉增濕環節,從而進一步降低成本,因此未來燃料電池可能將不再需要增濕。

                    以燃料電池堆為核心,增加其他的輔助部件形成完整系統后,就可以進行裝車。裝車時,可以整體取代內燃機的位置,也可以根據車底盤空間、以模塊化形式進行不同的配重安排和空間布置。

                    巴拉德的燃料電池有兩種安裝方案,一種是把燃料電池裝在車頂,另一種是裝在車的后面。巴拉德曾開發的燃料電池系統,所有旋轉部件由一根皮帶驅動,堆輸出功率達110千瓦,2007年在北京示范運行的三輛戴克燃料電池車上安裝的就是這種燃料電池系統,每輛汽車裝兩套,相當于每輛車具有220千瓦的燃料電池功率。本田的燃料電池系統布置方案,鋪滿了整個汽車底盤。清華大學的燃料電池汽車,是把燃料電池放在車的后面,方便維護。

                    性能比對:燃料電池與內燃機幾乎相當

                    現在,內燃機的電堆功率密度的國際先進水平大約為3KW/L,燃料電池的體積功率已經能達到與內燃機幾乎相當的水準。

                    從續駛里程動力性加速性來看,燃料電池與內燃機也基本相當。這里所說的續駛里程與一般電動車概念不同,燃料電池可以很方便的多攜帶一些氫氣,不受太多限制,而普通蓄電池的電動汽車如果想攜帶更多能量儲備,意味著要帶很多蓄電池,不僅增加成本,同時也會增加很多車體重量。

                    整車性能:依照內燃機汽車標準做燃料電池車

                    目前,燃料電池汽車的最高車速都是按照常規內燃機汽車標準在做,最高車速都能夠達到每小時160千米左右,續駛里程有的甚至可以達到800多公里,少一些的也可以達到300公里。如果想讓燃料電池車續駛里程更遠,可以多裝一些氫氣。

                    為了能夠達到最高車速,現在國際上裝載于轎車上的燃料電池,功率一般都為90千瓦左右。事實上,汽車啟動后對功率的需求并不大,有的汽車僅僅需要20%的功率就夠了。通常都是混合動力構型,清華的燃料電池客車,只使用了60千瓦的燃料電池系統。

                    從最大扭矩的角度看,汽車的最大扭矩通常以電機的輸出來進行計算,現在燃料電池車的扭矩可以達到200多牛米,與使用內燃機的汽車相比絲毫不差,甚至比內燃機汽車扭矩還大。

                    現在燃料電池汽車做的比較好的,冷啟動已經能夠達到零下40度,其余大多數也都達到了零下30度的水平。

                    從氫氣壓力方面看,早期的技術水平是35兆帕,目前國際趨勢都在努力實現70兆帕。因為通過計算,從35兆帕到70兆帕的提升,造成的能量消耗不是很大,只是將壓縮比增加2倍,關鍵問題是對氫氣瓶的耐壓技術提出了更高的要求。

                  專家專欄

                  • 姓名:歐陽明高

                    簡介:教育部長江學者特聘教授,清華大學學術委員會副主任,教授、博士生導師,汽車安全與節能國家重點實驗室主任,北京清...

                  • 姓名:陳全世

                    簡介:清華大學教授、博士生導師,清華大學汽車研究所所長、汽車安全與節能國家重點實驗室副主任。

                  • 姓名:楊裕生

                    簡介:中國工程院院士,從1998年至今一直從事高能密度二次電池、超級電容器等研究開發,是中國高能二次電池-鋰硫電池的開...

                  • 姓名:陳清泉

                    簡介:中國工程院院士、香港工程科學院院士、英國皇家工程院院士、烏克蘭工程科學院院士、劍橋大學丘吉爾學院院士。

                  • 姓名:裴普成

                    簡介:清華大學教授,博士生導師,汽車工程系車用動力研究所所長。學術兼職有中國內燃機學會燃燒節能凈化分會副主任委員,...

                  • 姓名:胡信國

                    簡介:現任哈爾濱工業大學理學院應用化學系博士生導師,中國腐蝕防護學會理事,中國化學學會理事,國際先進鉛酸電池聯合會...

                  • 姓名:王金良

                    簡介:教授,注冊咨詢專家。現任中國電池工業協會副理事長兼技術委員會主任、鋰電池應用專業委員會會長。

                  • 姓名:韓作樑

                    簡介:中國電池工業協會理事長,教授級高級工程師。曾任中國家用電器研究所(院)副所長、所長、院長、黨委書記,中國家電...

                  • 姓名:劉彥龍

                    簡介:中國化學與物理電源行業協會秘書長,中國國際電池技術交流會/展覽會組委會秘書長,2009年5月至今,兼任中國電子學會...

                  雜志閱讀

                  • 《光伏的最后一百米》

                    2014年4月刊

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                    當前光伏業一大現象值得注意:政策力度無與倫比,市場效果仍非所愿。

                  • 《電動車產業拐點已到》

                    2014年04期

                    推薦閱讀:

                    2016年中國車載動力鋰電池產量將是2013年的7.3倍,市場機會將至,而國產動力鋰電池企業似乎還沒準備好。

                  展會沙龍

                  • 開始:2014-06-23  結束:2014-06-24

                    儲能國際峰會2014(Energy Storage China 2014)是中國最具發展前景的能源存儲行業盛會,旨在成為中國獨具特色的專業性能源存...

                  • 開始:2014-05-28  結束:2014-05-30

                    11月12日-14日,第五屆新能源汽車峰會暨展覽會2014在北京海航大廈萬豪酒店召開。大會由中國汽車工業協會和決策者會議集團聯合...

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