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衣宝廉:车用燃料电池技术现状

19-01-20 20:44    作者:阿童木    相关股票:
各位领导和同行,下午好,我今天报告的题目是车用燃料电池技术的现状。要讲燃料电池车,先得把燃料电池讲一下。燃料电池的发电原理是燃料的,就不详细讲。它的工作原理就是内燃机的系统,燃料电池仅仅是一个发电部分,要有供氢系统、供氧系统、电力管理,所以它的工作方式和内燃机不一样,所以它具有两者的优点,但是也有它们的缺点,比如说内燃机比较复杂,燃料电池的电压1.7V左右。

国际燃料电池的状况:国际从上个世纪90年代到2005年,解决了燃料电车对车用工况的适用问题,燃料电池在车上,一会儿开车一会儿停车,一会儿加速一会儿减速的情况下的可靠性和耐久性问题,从2005年到2012年,解决了降低燃料电池的成本问题,使成本接近纯电动车,稍贵一点,现在丰田燃料电池车mirai卖38万左右,2015年是燃料电池的元年,燃料电池具有了市场化,就是 S型曲线的起始阶段。

燃料电池发动机的体积已经跟四缸内燃机相当;在使用寿命方面,现在小轿车、商用车和商务车已经达到了5千小时,大巴车超过了1万小时,现在2万都过了。过去,燃料电池不可能大量应用,现在在全世界科学家努力下,国外已经降到了每千瓦0.1-0.2克,国内0.4克左右,从长远来说还要继续下降。单车行驶里程,通用的已经超过了3万小时,现代要建一个一千台的生产线,现在应该已经建成了。丰田燃料电池车mirai在2014年12月15号宣布商业化,同时宣布它的专利不收费,这是个很大的事情。丰田在未来车上有三件事情,做了跟我们不太一样的,一个是它用了膜催化剂,它的膜是10个微米左右,这件事情在国内没有大量用,国内用的还是15-20微米,另外它特别用了三维流场加强的传输,所以电流密度可以到2-3个安培。

丰田推广小轿车以后,由于加氢站的制约,所以也转向了大巴,从2015年做了示范车。本田2016、2017年要商业化,可能要推迟一年,但是它有一个大的事情,这是现代的车,整个发动机性能稍低一点,最近第4代已经出来了,这是其他各大公司推出的燃料电池车。

本田最近一个大的行动,就是跟通用有着四千多万美元建燃料电池堆生产线,这个在世界上还没有,这个生产线要建成,可能开一个先例,大家都建生产线的话,燃料电池的产量就成倍增加。从目前国际上看,电堆力生产线,现在本田和通用已经开始实验了,从国际上看,空压机费用下降的比较慢,电堆的费用下降比较快,要想降低燃料电池系统的成本,空压机和泵是一方面,国内在这方面差距比较大。 氢瓶的成本也需要大幅度下降,所以说燃料电池、空压机、氢瓶,控压泵是有一定的要求。

高活性的,上海交大研究团队做的,性能已经相当好了,但是还是在实验室,没有产业化。这是非贵金属的,重庆大学做的,性能也非常好的,自己装了一个一千瓦的堆,但是性能和铂比,还是三分之一到二分之一,这项技术要跟丰田的3D硫厂配合会比较好。这是一个小批量生产装置,但是这个装置有一个最大的要点,没有控制线,不是控制线,这个跟国际差距比较大,要是控制线,就可以卖产品了,不是控制线,生产完再检测,不是自动,小批量生产设备。

碳纸,主要是华中科大做的,国际商测试,这是通用测的,我们已经超过了日本,但是我们国内也没有商业化,因为现在国有企业老板不太愿意投资,私营老板看五年内没有大的利润,所以也没有投资,所以现在燃料电池的关键材料的商业化问题,生产线的建立问题是大问题。

新型膜电极组建MEA,做出来的点极性能比一般的喷涂的性能好一点,一个安培达到了1.7V左右,在有序化电极方面,我们做了接近3M公司的性能,但是这种方法很难以商业化,要进行改造。

金属双极板,具备冲压和激光焊接都过关了,剩下的是表面改性,最近得到的信息,要用等离子喷涂进行表面改性。这是我们用金属双极板做出了的电堆,比国内的还电,因为工作电流密度是1安倍,国际上是1.5安培。

从关键材料上看,国内国际燃料电池材料达到国际水平,希望有志于燃料电池的企业,投资建立燃料电池关键材料与部件的生产线,为燃料电池大规模建立成本奠定基础,我们现在还要大量研制的是有计划电池和3D硫厂,这两个技术我们没有全部掌握,使我们燃料的基础研究,应用基础研究能走到世界的前列。

电池系统,由于工况的影响,燃料电池用了15年时间才解决了在工况状态下满足车用要求,达到5千到1万小时,所以主要是工况对性能影响非常大,解决工况,要上电电混合,就是把工况变化压给了锂电池,寿命大幅度提高,所以这件事情对燃料电池寿命在车用工况下满足车用要求。燃料电池最好电压永远在0.85V以下,控制办法就是带速的时候给二次电池充电或者是空气循环,想办法在0.85V以下,停留时间要尽量短。高电位最主要产生的还是启停,启停的时候,我们学生做最高可以达到1.6V,所以把启停的高电位控制以后,原先我们没控制的时候,每次启停衰减0.37V,控制了以后,基本上不衰减了,所以这样控制高电位,包括启停,燃料电池的寿命就大幅度延长。

我们国内和国外的主要差距,就是电堆的阳极水管理,我们做了,就是在低电流密度100毫安的时候,在高电密的时候,用喷射泵对氢气进行循环,我们现在和国际的差距,主要是受这件事情的影响。所以我希望搞发动机的单位都把这件事情尽快做起来,这件事情,燃料电池能够提高1000-2000小时。

我们希望研究衰减机理的,我们做科研的,能够跟生产单位深层合作,把我们控制衰减的方法能够用到电池系统当中去,这当中有很多的工作要做,所以我们希望能够真诚合作,来提高电堆的可靠性和耐久性。我们要向国外学习,我们的差距部分,就是说MEA的在线测量,这也是丰田的一个特点,丰田不仅能够控制水,而且能够在线测量,现在整个世界上的燃料电池发动机,只有丰田有这个在线测量,包括欧洲用的,包括我们引进的,根本没提到议事日程,所以赶快把MEA的在线水含量测量搞起来。

这是佛山做的空压机,主要的问题是噪声比较大,还有点油,既不是空气也不是磁悬浮,功耗可以,但可靠性比较低。

氢瓶,380MPa我们已经在做,750MPa的还在研发当中,如果不用低强的氢气瓶成本是压不下来,丰田用高压的储氢瓶,我们还是铝的,要用高强碳纤维做。

加氢站,这项技术我们已经掌握了,但是怎么国产化以后降低成本,现在1400多万元建一个加氢站,国家补助400万,我们能建到800万,加氢站的发展就快了,加氢站不但要消化吸收,还要降低成本。

希望国家加大投入,联合攻关,空压机,可以引进核磁电厂。

示范运行,在联合国的支持下,现在已经是第三期,第三期是五 个城市:北京、上海、富山、郑州、龙岗(音)。荣威750,创新征程,三种电动车,燃料电池车、纯电动车、混合动力车,在这种环境下,说明燃料电池车都是适用的,发动机达到每立升1.85千瓦的状态,全部都是丰田的,这个是发动机的外形,电堆都在里面。这是创新征程走的路线。这是万部长在北京的时候,在上海各个城市。荣威750之后搞了荣威950,专用车V80,这是上汽的,宇通在我们国家做燃料电池大巴车也是比较早的,已经做了三四代了,他们因为纯电动车比较好,已经进了中南海了,所以在纯电动车基础上,变成增程式的,燃料电池在宇通做会发展得很快,我就不详细介绍了。

宇通还建了加氢站,这件事情在我们私企当中它是第一个。已经开始运行了。这是福田欧辉,福田和亿华通合作,里面的电堆,将来要用到亿华通的,这是亿华通电堆的性能。

巴拉德,它的生产线,已经开始出版建起来了,它的开发产品,主要还是大巴车,30几辆已经开始示范运营。

整车示范这部分,我们现在整个从燃料电池来看,有两条路线,一条是以新能源动力为主的自主研发,应该进一步提高电池的可靠性和耐用性,并降低电池成本和铂耐用性,另外一部分是能源科技公司为主的,引进巴拉德技术,消化再吸收,比如说能不能在低温下进行,一般来说是不行的,能不能在低温下储存和启动,否则这种车在零度一下就要进暖气房,一个冬天就冻垮了,因为碰撞石膜双极板有空,进水了就会冻垮了。所以我们要赶快解决这个问题。

空压机、高压储氢瓶是制约我们进一步大幅度降低电池成本的关键问题,这部分我希望国家能够安排解决,或者哪个私营老板有希望从丰田把这个离心空压机引进,另外尽快制定大巴车的安全标准,大巴车有很多的问题,我们并没有强制标准,比如说氢气瓶到底能不能放在车底下,这个在大巴车上是很大的问题,我们的氢气管线,特别是接头部分,允不允许通过驾驶舱和载客舱,有很多事情都要有强制标准,在撞车以后,燃料电池的高压怎么解决,过去是想5个堆几百伏,撞车的时候几个堆自动分开,现在丰田就是一个堆,碰车以后,一个堆200多伏,里面有残存氢,怎么解决高压问题,这些问题我觉得从标准方面尽量要求,不管采用什么办法,撞车以后电压要没有。

氢安全,这个做的比较多,我们国家汽车中心做的也比较多,氢比汽油安全,机械安全也可以,小轿车撞车,正撞、后撞、侧撞都做了,氢气瓶,要用刚架保护起来,也不能放在很容易碰撞的问题,关于安全的问题,要出安全标准。谢谢大家。 

 
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