通用和本田携手研发新一代燃料电池技术

2013-07-04 19:58:17来源: 互联网 关键字:通用  本田  携手  技术

    随着未来中国、美国和欧洲等市场的环保法规收紧,新能源汽车越发成为车企关注的核心。近年来燃料电池技术再次引发车企的兴趣。丰田和宝马的技术合作中包含燃料电池,雷诺-日产和戴姆勒、福特已经签订合作协议。

    7月2日,通用汽车与本田又联合发布声明称将合作开发新一代燃料电池技术,着眼于2020年投入实用,宣告新的燃料电池开发团队诞生。

联手打造下一代燃料电池

    通用和本田将以目前各自的燃料电池技术为基础展开研发工作,将共享零部件供应商,达到削减氢燃料电池车的成本,通常燃料电池车比纯电动车价格更昂贵。两家公司还将开发加注燃料的基础设施,这对于从长期角度向消费者推广燃料电池车至关重要。

 

    燃料电池车的动力系统为“电池堆栈”,将氢燃料置于燃料电池中,与空气中的氧气发生化学反应,产生电能驱动电动马达,再由马达带动汽车中的机械传动结构,进而将动力传递至前后万向轴、后桥等底盘行驶系机械结构,转动车轮驱动车辆。

    该技术拥有多种优点。通常燃料电池的能量转换效率比内燃机要高2到3倍,燃料电池车的续航时间为纯电动车5倍左右,并且加注燃料时间较短,不像电动车需要耗费8小时左右充满电量(半小时快充只能充入一定比例电量)。另外燃料电池的主要燃烧产物为水,只有少量杂质可能造成极少量的二氧化碳和氮氧化物排放,在环保性能上较高。

    燃料电池的燃料形式可能为采用的能源液态氢、气态氢、储氢金属储存的氢,以及用碳水化合物重整后转换的氢。重整氢的间接来源是甲醇、天然气、汽油等烃类化学物质,通过相关的燃料重整器发生化学反应间接地提取氢元素;直接来源就是石化裂解反应提取的纯液化氢。

    不过燃料电池车也存在若干缺点。首先是造价高昂。最受看好的质子交换膜燃料电池需要铂金属作为催化剂推动化学反应,并且随着反应的推进铂可能“中毒失效”,无法反复使用。仅这一条就将为燃料电池车增加数千上万美元成本。通用汽车副董事长斯蒂夫·葛斯基表示,通用方面认为氢燃料电池技术将成为未来几大替代性动力之一,可减少对石油类资源的依赖性,但该类技术的研发成本迄今尚未降低,阻碍了实用性的提升。因此通用将和本田携手,实现成本开支的摊薄。

    另外,氢燃料的制造、提取、储存、保管、运输和灌装或重整,都比较复杂,对安全性要求很高。根据种类的不同,燃料电池的单体电池所能产生的电压约为1伏特上下浮动。通常将多个单体电池按使用电压和电流的要求,组合成为燃料电池发动机组,在组合时,单体电池间的电极连接时,必须要有严格的密封,因为密封不良的燃料电池氢气会泄漏到燃料电池的外面,降低了氢的利用率和严重影响燃料电池发动机的效率,还会引起氢气燃烧事故,由于要求严格的密封,使得燃料电池发动机的制造工艺很复杂、并给使用和维护带来很多困难。

    燃料电池的辅助设备重而体积大,用于氢燃料的特种储存罐占用较多空间,使用成本居高。重整氢的重整器、净化器和辅助装置同样耗费空间和成本代价不菲。因而燃料电池的小型化和成本削减工作还需要推进。

    放弃氢燃料电池的菲亚特指出,如果考虑到燃效效率,将燃烧时消耗的未做工能量计算在内,较之传统动力车,氢燃料电池车燃效优势并不明显。燃效消耗加上较大的装置体积重量,燃料电池的比功率还有待于进一步提高。内燃机的比功率约为300瓦/千克,燃料电池比功率约300至350 瓦/千克,功率密度为280 瓦/升。甲醇经过重整的氢为燃料的燃料电池综合功率密度(包括重整器质量)降低到220 瓦/升。

    再者,燃料电池起动时间长,采用甲醇或汽油等作为燃料时,需要通过重整器进行重整,一般需要10分钟以上才能产生足够的氢气,比内燃机起动的时间长得多,影响了车辆的机动性。

    燃料电池发动机系统包括燃料电池本身和各种辅助备,在车辆受到振动或冲击时,各种管道的连接和密封的可靠性需要进一步提高,以防止发生氢泄漏,降低氢的利用率,影响燃料电池的效率,严重时还会引发氢气燃烧事故。由于要求严格的密封,使得燃料电池的制造工艺很复杂,并给使用和维护带来困难。

    正因为燃料电池优劣并存,门槛较高,菲亚特等部分车企表示放弃开发氢燃料电池技术,将精力集中于压缩天然气(Compressed Natural Gas,CNG)和感应式无线充电

通用的燃料电池技术之路

 


    通用汽车和本田汽车在燃料电池领域都有技术上的独到之处,根据洁净能源专利增长指数(Clean Energy Patent Growth Index)统计,2002年至2012年间,通用和本田在燃料电池领域总计获得1,200项专利。

    目前美国市场只有两款燃料电池车在售,包括本田FCX Clarity和梅赛德斯-奔驰F-Cell,本田计划到2015年在日本和美国发布FCX Clarity的燃料电池换代新车。未来通用汽车的燃料电池车也有望分一杯羹。

    通用汽车的燃料电池源头可追溯到1964年,当时该公司第一次进行燃料电池技术验证测试。1966年,通用推出第一款燃料电池车Electrovan。2001年,基于欧宝平台的HydroGen1验证车问世。2002年和2003年,Hy-wire和AUTOnomy燃料电池概念车的相继推出成为通用在燃料电池技术方面新一轮冲击的开端。Hy-wire采用的燃料电池功率94千瓦,短时峰值129千瓦,驱动三相电动马达,可推动1,814千克重的车辆以160千米/时的速度行驶。

    2005年,通用汽车以雪佛兰Traverse为蓝本打造了Sequel燃料电池车。该车燃料电池功率为73千瓦,搭配的锂离子电池功率65千瓦。功率输出65千瓦的电动马达驱动前轮,制动系统上的25千瓦轮内马达驱动后轮,总功率输出115千瓦。尽管Sequel是轴距3,040 mm、车长4,994 mm的MPV,但仍然能够在10秒内从静止加速至60英里/时,续航里程480千米。Sequel将8千克气态氢燃料存储在三缸碳纤维燃料箱中,压强达到700巴(10,000 p.s.i.)。

    2007年,通用汽车又在雪佛兰Equinox的基础上开发了燃料电池车,该车也被命名为HydroGen4。其燃料电池组由443个电池单元构成,功率输出为94千瓦。动力总成还包括镍氢电池,蓄能1.8千瓦时,功率35千瓦。三相同步马达功率持续功率输出73千瓦,扭矩320牛·米,峰值功率94千瓦。可推动车辆以160千米/时速度行驶,12秒内从静止加速至100千米/时。该车携带燃料4.2千克,同样在700巴条件下存储,可供行驶320千米。雪佛兰Equinox燃料电池车比标准型Equinox重了大约230千克。

    也是从2007年起,通用推行Project Driveway项目,到2012年119辆燃料电池车总计行驶里程超过300万英里。

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编辑:鲁迪 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/qcdz/2013/0704/article_7454.html
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