電池知識
鋰離子、磷酸鐵鋰、錳酸鋰、新能源
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鋰離子、磷酸鐵鋰、錳酸鋰、新能源
發展氫能汽車已經成為2018年一個新的熱點話題。近年來，隨著各國對能源結構的調整和對清潔能源的關注與研究，氫能源以其綠色、高效、使用范圍廣等優點，成為全球最具發展潛力的清潔能源。國際氫能委員會會發布的《氫能源將來發展趨勢調研報告》顯示，到2050年，氫能源需求將是目前的10倍。預計到2030年，全球燃料電池乘用車將達到1000萬輛至1500萬輛。巨大的市場潛力使得各國和各大企業加大了對氫能產業的研發，希望通過發展氫能來處理能源安全，并掌握國際能源范疇的制高點。
最近，一家天然氣汽車改裝企業的老總向筆者咨詢，要怎么樣把天然氣汽車改裝成為氫氣汽車？要怎么樣這個問題？我感到十分為難。還有許多客車企業的同行，也咨詢筆者，氫能汽車發展現狀及發展趨勢要怎么樣？
看來有必要做深入的解析了。
一、氫能汽車的基本含義
氫能汽車，一般人理解是氫氣做為能源的汽車。這一點與理解將汽油（柴油）作為能源的汽車是一個層次的。
比較專業的人，會把氫能理解為與天然氣汽車一樣的，將瓶裝壓縮的氫氣，解壓出來，供內燃機燃燒，一是可以做功，二是可以發電。
時代在進步，技術在發展。歷史上有過用內燃機燃燒氫氣的技術，但是最后沒有發展起來。
今天提倡發展的氫能汽車，由氫燃料電池發電，給電動車供電。這樣一般性理解，目前的氫能汽車的概念，是沒有內燃機的，原來的內燃機已經由燃料電池發動機替代了。
二、燃料電池發動機有哪些意思？
在汽車行業里，內燃機已經說成燃油發動機了。汽車是機動車，機動車非得要有發動機，才能動起來的。汽車發動機與一般工業上的內燃機，還是有許多不同的技術要求。
所以說，發動機專門是指汽車上的。
目前動力電池的電，源于外面電網。電動車的驅動能源，源于車載動力電池。但是動力電池，專業層面還沒有人叫他是動力電池發動機。
燃料電池發動機有哪些意思？筆者理解：
燃料電池發動機不是燃料發動機，目前筆直燒油、燒氣的發動機，也可以叫做燃料發動機。
燃料電池發動機，基本上是專門指氫氣電池的，目前還沒有發現其他氣體可以筆直發電的。
燃料電池與目前的動力電池原理，有許多相近的地方。
燃料電池發動機是通過一個類似“電池”原理的裝置，將氫氣“化”成電的一個系統。
三、燃料電池發動機結構組成
氫燃料電池發動機既不是動力蓄電池，也不是傳統燃油發動機。燃料電池發動機是一種將氫氣和氧氣通過電化學反應，筆直轉化為電能的發電裝置。
圖（1）國產的氫燃料電池發動機
要開發燃料電池汽車，非得知道燃料電池發動機。
（1）六大組成部分，見圖（2）
①電堆；
②氫氣供給循環系統；
③空氣供給系統；
④水熱管理系統；
⑥電控系統和數據采集系統。
圖2燃料電池發動機結構示意圖
（2）工作特點：
①系統輸入是氫氣和氧氣，輸出是僅為電、熱和水，能量轉化率高；
②沒有燃燒，沒有機械損耗，運行平穩，噪音比較低。
（3）核心技術：
①電堆系統
電堆由雙極板和膜電極兩大部分組成，催化劑、質子交換膜和碳布/碳紙構成了膜電極。電堆是氫燃料電池發動機的核心部件。
②氫氣供給循環系統
自氣瓶中的高壓氫氣，經過減壓閥使得氫氣壓力降低，通過電磁閥控制氫氣進入電堆，氫氣回流泵再將電堆反應后剩余的氫氣，回收重新輸入電堆中，提高氫氣能源利用率。
（4）關鍵零部件
減壓閥、電磁閥、氫氣回流泵、氫氣濃度傳感器、空氣濾清器、空壓機/吹風機、空氣增濕器、水泵和水溫傳感器。
四、燃料電池發動機規格及指標
目前國內能提供燃料電池發動機的有：中科院大連化工所的新源動力、北京億華通、上海弗爾賽的三家企業，他們三家提供的產品有：30kW驅動模塊、60kW驅動模塊以及120kW驅動模塊。
國內其他企業基本上是代理國外的產品，比如巴拉德的產品。
國內與國外燃料電池發動機技術指標差異：
國內燃料電池發動機電堆功率密度基本上大概在2kW/L左右，國際先進水平已經達到了3kW/L左右；
催化劑效率：國內每千瓦的鉑用量大概0.3克，國際的先進水平已經達到了0.06克以下；
膜電極耐久性：國內動態工況實測壽命大概在3000小時，國外已經達到了9000小時；
空氣壓縮機：國內今朝采取低壓壓縮機，國外主要采取高壓空氣壓縮機，如果能夠把壓力提高到兩倍左右，可能它的效率提高50%。
五“電電混合”氫能汽車技術路線是中國特色
“電電混合”是基本含義是，燃料電池發動機發的電與車載電池的電“混合”起來給電機做功，驅動汽車運動。從純電動到具有部分電力和部分燃料電池驅動的系統上看，可以分成2類：
①以動力電池的電能為主的電動車，燃料電池的電能用來補足驅動。
②以燃料電池電能為主的電動車，動力電池用來補足它的驅動。
為什么不發展全燃料電池發動機的氫汽車呢？
①燃料電池發動機功率，目前還不能滿足電動車的要求。國內燃料電池發動機電堆功率密度大概在2kW/L左右，國際先進水平也是在3kW/L左右。也就說，目前國內外動力電池不能滿足電動車的要求，同樣，燃料電池發動機的能力也不能滿足汽車的要求。
②燃料電池發動機是一個全新的產品，還有許多技術要求，要依賴產業化來完善，同時目前其單位成本還比較高；
③目前電-電混合動力系統是以動力電池汽車為基礎的。同是電-電混合動力系統可以彌補動力電池的汽車的不足；
④中國的燃料電池汽車取得了很分明的進步，但是還面臨許多挑戰，電-電混合動力系統是相對比較穩妥的技術方案。
六、“電電混合”氫能汽車技術的使用
目前電動車的主要不足：繼續里程較短，充電時間較長。
電動城市公交車和電動城市配送車輛，在城市已經能基本滿足使用要求，但是對繼續里程較長車輛而言，比如對城市之間遠程公交汽車等，就力不從心了。
“電電混合”氫能汽車技術的使用主要有：
①目前城市越來越大，大城市下面有衛星城市，城市之間遠程公交汽車是電電混合”氫能汽車技術使用主戰場；
②“電電混合”氫能汽車，有充電可以充電，沒有時間充電，就加氫，滿足部分用戶的對里程廠和充電不方便的要求。
七、“電電混合”氫能汽車技術使用的留意事項
對汽車工程而言，系統組成結構是越簡越好。
電電混合是不僅兩套系統的組合，對系統集成提出了更高的要求。要留意的是，不要人為地增加難度。
①不要在車上進行制氫、提純氫氣工藝出產；
②不要在車上對氫氣進行壓縮出產工藝；
③“電電混合”氫能技術的基本要求是瓶裝壓縮氫氣。
一句話，車上空間極為有限，“電電混合”系統的布置已經是相當困難了，不要人為把工廠里的氫氣出產工藝予以簡化，搬到車上來都是不可取的。地面工廠做不到的事情，車上也是做不到的。
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