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標(biāo)題: 快速發(fā)展的燃料電池技術(shù) [打印本頁]

作者: 寂靜天花板 時(shí)間: 2015-12-2 19:07
標(biāo)題: 快速發(fā)展的燃料電池技術(shù)
氫燃料電池汽車（FCEV）的發(fā)展或許在2015 年正式開啟。去年秋天，現(xiàn)代汽車公司向加州南部投放了一批新的Tucson 氫燃料電池車,，用于車隊(duì)租賃之用，一個(gè)月的租價(jià)為499 美元,，包含免費(fèi)的加氫服務(wù)。豐田公司去年也公布了其氫燃料電池三廂車的上市細(xì)節(jié)，預(yù)計(jì)將于2015 年在全球不同市場(chǎng)推出,。戴姆勒和本田也有相關(guān)的新車輛計(jì)劃,。
隨著零排放汽車（ZEV）法規(guī)條例逐漸推出，汽車制造商視氫燃料電池車為一種在不采用傳統(tǒng)化石燃料情況下無需作出任何讓步的解決方案,。采用氫作為燃料,，這種車輛排放出來的是純水蒸氣。與電池驅(qū)動(dòng)車輛不同,，氫燃料電池車僅需要幾分鐘就可以加滿氫燃料,，而且行駛里程與今天采用傳統(tǒng)化石燃料的車輛相接近。但是挑戰(zhàn)依舊,，不僅來自于氫燃料汽車本身,，更重要的是來自于加氫站方面。在目前僅有的幾座加氫站情況下,，一旦車輛數(shù)量超過一百,，需求根本得不到滿足。2015年之所以不同尋常是因?yàn)槊绹?guó)加州,、日本,、韓國(guó)和德國(guó)都計(jì)劃建設(shè)新的加氫站。
面向消費(fèi)者的量產(chǎn)車
更多加氫站的建設(shè)也同時(shí)宣告氫燃料原型車開發(fā)時(shí)代的終結(jié),�,！氨热缯f,，加州項(xiàng)目的設(shè)計(jì)就是要將車輛交到普通消費(fèi)者手中,，而不再是為車隊(duì)測(cè)試之用。他們希望大眾可以將其當(dāng)作一輛普通的車輛使用,，不再有各種各樣的限制,，”Navigant Consulting 公司行業(yè)分析師Lisa Jerram 解釋道。這就是說,，汽車制造商要生產(chǎn)可靠的,、續(xù)航里程長(zhǎng)的氫燃料電池車，并以消費(fèi)者支付得起的價(jià)格推向市場(chǎng),。采用成熟可靠的技術(shù)進(jìn)行批量化生產(chǎn)是降低成本的必經(jīng)之路,。不過，就氫燃料電池來說,，批量生產(chǎn)的時(shí)代還沒有到來,。也許幾年后，氫燃料電池車的產(chǎn)量可以達(dá)到幾萬量,，但是這個(gè)數(shù)量依然還遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到汽車行業(yè)的批量生產(chǎn)水平,。
“直到今天，在少量測(cè)試性車隊(duì)運(yùn)營(yíng)情況下，OME 根本無法享受到低成本的供應(yīng)鏈,，有些氫燃料電池零部件只能自己生產(chǎn),，”Jerram 解釋道。去年,，一些汽車制造商建立了合作關(guān)系,，比如戴姆勒、福特和日產(chǎn),；通用和本田,；以及寶馬和豐田，共同開發(fā)燃料電池堆和氫儲(chǔ)存罐等零部件,，希望通過這種方式來削減成本,。“OEM 希望利用這種關(guān)系來提高零部件的訂單量,，從而達(dá)到降低成本的目的,，”她說道。豐田去年也披露了其將于今年推出的氫燃料電池的詳細(xì)技術(shù)參數(shù),，并明確指出已經(jīng)完全可以面向消費(fèi)市場(chǎng)推出,。
在這些技術(shù)參數(shù)中，一項(xiàng)非常關(guān)鍵的成本因素得到了改進(jìn)——豐田將其混合動(dòng)力系統(tǒng)（Toyota Hybrid System）中的高壓驅(qū)動(dòng)電機(jī)移植到了燃料電池車上,，替代之前的低壓電機(jī),。但是這就面臨一個(gè)新的問題：目前的燃料電池堆都是按低壓設(shè)計(jì)的，這樣系統(tǒng)的尺寸可以非常緊湊（電池堆小意味著電壓低,，反過來也一樣）,。問題在于如何將低電壓電池與高電壓電機(jī)匹配起來。解決方案是通過一個(gè)DC-DC 逆變器來提升輸送到電機(jī)的電壓,�,！拔覀儼l(fā)現(xiàn)，利用我們?cè)诨旌蟿?dòng)力工程方面的經(jīng)驗(yàn),，我們?cè)跉淙剂想姵剀囯姍C(jī)控制方面可以更加激進(jìn)一些,，”豐田北美公司動(dòng)力總成系統(tǒng)控制總經(jīng)理Justin Ward 說道。

供應(yīng)商與合作
Ward 在談到針對(duì)氫電池車開發(fā)選擇供應(yīng)商時(shí),，言語中透露出了謹(jǐn)慎,。他還發(fā)表了他對(duì)車載儲(chǔ)氫系統(tǒng)的獨(dú)到見解——儲(chǔ)氫也是氫燃料電池車面臨的一大問題。豐田去年新推出的氫燃料電池車上采用的全新70-Mpa 儲(chǔ)氫罐比上一代燃料電池車可以多儲(chǔ)存20%的氫燃料,。此外,，這款儲(chǔ)氫罐的儲(chǔ)存效率（氫與罐的重量比）也提高了5.7%�,！拔覀兘佑|了許多儲(chǔ)氫罐供應(yīng)商,，”Ward 說道,。“對(duì)量產(chǎn)車來說,，這些罐子的成本都太高了,，而且每個(gè)批次的質(zhì)量都不穩(wěn)定�,！弊鳛橐患抑铝τ诖蛟焱晟乒⿷�(yīng)鏈而著稱的全球性企業(yè),，豐田公司自己投資了工廠來生產(chǎn)碳纖維增強(qiáng)儲(chǔ)氫罐，不僅生產(chǎn)節(jié)奏提高了6 倍之多,，產(chǎn)品的質(zhì)量也得到了較大幅度的提升,。
這種自我開發(fā)、生產(chǎn)和供應(yīng)的方式幾乎涉及到豐田所有的技術(shù)領(lǐng)域,�,！拔覀兇蟛糠值墓ぷ鞫际窃谧约汗緝�(nèi)部或者在豐田集團(tuán)下屬的公司內(nèi)進(jìn)行，”Ward 說道,�,！拔覀�?cè)谌剂想姵胤矫鎸?shí)力雄厚，而一旦這項(xiàng)技術(shù)真正要投產(chǎn)時(shí),，我們要確保其完全在我們的掌控之中,。一旦我們對(duì)這項(xiàng)技術(shù)有信心，對(duì)其充分了解后,，我們才會(huì)尋求供應(yīng)商的幫助,。”戴姆勒公司驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)開發(fā)燃料電池系統(tǒng)總監(jiān)Christian Mohrdieck 博士也指出,，建立一支具有競(jìng)爭(zhēng)力的供應(yīng)商隊(duì)伍至關(guān)重要,。
“如果一個(gè)零部件你只有一個(gè)供應(yīng)商的話，你很容易會(huì)陷入供貨危機(jī),，尤其當(dāng)該供應(yīng)商還不是來自于汽車行業(yè),，且規(guī)模較小時(shí)，”比較常見的是那些剛起步的公司,，或從事新技術(shù)開發(fā)的公司，Mohrdieck 博士解釋道,。他繼續(xù)說道：“比如說,，燃料電池需要空氣供應(yīng)系統(tǒng)或空壓機(jī)。市場(chǎng)上有很多此類的產(chǎn)品,，比如螺桿式壓氣機(jī)和渦輪增壓機(jī),。許多公司都對(duì)此略知一二，包括對(duì)汽車工藝非常了解的一級(jí)汽車供應(yīng)商,�,！贝送�,，還有許多零部件因?yàn)槭峭ㄓ眉詴?huì)被許多競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手采用，比如氫氣傳感器和儲(chǔ)氫罐閥門,，這些零件完全可以作為標(biāo)準(zhǔn)件開發(fā),，供應(yīng)給所有燃料電池車制造商，價(jià)格也因此可以得到降低,。
成本與新的進(jìn)展
高分子電解質(zhì)膜（PEM）燃料電池是汽車行業(yè)中普遍采用的燃料電池,，這種燃料電池的主要成本驅(qū)動(dòng)因素之一是作為催化劑的鉑。整個(gè)行業(yè)的發(fā)展瓶頸在于用于汽車的燃料電池所面臨的雙重挑戰(zhàn),，也就是較高的成本和較低的續(xù)航能力,。相比較來說，傳統(tǒng)汽油內(nèi)燃機(jī)批量生產(chǎn)的成本為$25-$35/kW,，所以理想上看,，PEM 燃料電池應(yīng)該也達(dá)到相當(dāng)?shù)乃健?jù)報(bào)道,，美國(guó)能源部燃料汽車技術(shù)辦公室設(shè)定了一個(gè)目標(biāo),，即使燃料電池的成本最終維持在$30/kW，續(xù)航里程為5000h,。能源部預(yù)測(cè)分析顯示,，將鉑作為催化劑的話，其成本在整個(gè)系統(tǒng)中占比最大,。
能源部的計(jì)算是建立在傳統(tǒng)針對(duì)PEM 燃料電池的設(shè)計(jì)上的,，因此現(xiàn)在來看可能需要重新對(duì)成本進(jìn)行評(píng)估。獨(dú)立能源公司ACAL Energy 通過改變車用燃料電池的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)成功解決了鉑擔(dān)量的問題,�,！澳阈枰碌碾姵鼗瘜W(xué)結(jié)構(gòu)，因?yàn)槟壳暗碾姵丶夹g(shù)很難滿足大批量生產(chǎn)對(duì)成本,、性能和耐久性的要求,，”ACAL Energy 公司首席商務(wù)官Brendan Bilton 說道。該公司的FlowCath 技術(shù)可以在電池的正極完全不采用鉑催化劑,，從而減少鉑的用量,。該公司稱其在一次第三方汽車行業(yè)續(xù)航里程測(cè)試中對(duì)FlowCath 燃料電池進(jìn)行了測(cè)試，持續(xù)運(yùn)行10,000 小時(shí)后也沒有發(fā)現(xiàn)明顯的性能退化跡象,。
他還聲稱成本也非常有吸引力,。“我們采用了汽車OEM 的數(shù)據(jù)對(duì)其成本進(jìn)行了估算,，這些數(shù)據(jù)與能源部的完全不同,，”Bilton 說道�,！八麄冃枰獙⒚�100kW 電池堆的鉑擔(dān)量降到10g,，目前的水平是30g,。在10g 的水平下，我們可以使電池成本相較傳統(tǒng)PEM 電池下降兩位數(shù),�,！痹摴具€聲稱，根據(jù)電池堆設(shè)計(jì)的不同,，采用該技術(shù)還可以使電池能量密度和效率最多提升50%,。豐田公司也將鉑擔(dān)量視為豐田燃料電池車設(shè)計(jì)中一項(xiàng)重要的指標(biāo)。豐田北美公司動(dòng)力總成系統(tǒng)控制總經(jīng)理Justin Ward 并沒有透露具體的技術(shù)細(xì)節(jié),，但是他表示：“當(dāng)我們有一天可以分享這些細(xì)節(jié)時(shí),，你會(huì)感到非常驚訝，我們用的鉑的量會(huì)非常少,�,！�

作者: hc2003 時(shí)間: 2015-12-2 20:46
電動(dòng)汽車的軟肋

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