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关于氢燃料电池新能源汽车现代NEXO

2020-05-03 11:39 浏览量:

关于氢燃料电池新能源汽车现代NEXO


最近公布的新能源补贴政策,视线的焦点大多集中在电动汽车的补贴。但是氢燃料电池仍然是新能源汽车的重要组成部分,通过长期投资有望在2025年以前完成供应链的建立。今天让我们详细聊聊沃德十佳现代NEXO氢燃料电池动力总成是怎么回事吧。
 
 
 
↑沃德十佳现代NEXO氢燃料电池动力总成
 
什么是氢燃料电池
 
首先说说什么是氢燃料电池。燃料电池是一种能量转化装置,它将燃料的电化学能转化成电能。它类似于电池一样也是电化学发电装置,因此被称为燃料电池。对应的采用氢气作为燃料的燃料电池就是氢燃料电池。它可以理解为水电解成氢气和氧气的逆反应。因此反应过程既清洁,又高效。因为它不受传统发动机采用卡诺循环42%左右的热效率限制。氢燃料电池的效率可轻松达到60%以上。
 
 
 
 
 
 
 
 
 
↑氢燃料电池示意图
 
氢燃料电池工作原理是氢气通过燃料电池的正极当中的催化剂(铂)分解成电子和氢离子(质子)。其中质子通过质子交换膜(Proton Exchange Membrane)到达负极和氧气反应变成水和热量。对应的电子则从正极通过外电路流向负极产生电能。
 
比如现代NEXO氢燃料电池由400个燃料电池电芯组成,产生120kW的能量。同时也因为燃料电池电芯相比锂电池电芯数量上多很多,且由于电化学反应容易出现负电压,因此对电池管理系统提出了特殊的高要求。
 
↑氢燃料电池工作原理
 
氢燃料电池工作原理简单来说分为如下五步:
 
由氢气储罐供气到前部燃料电池
 
与空气中的氧气混合
 
燃料电池中氢气和氧气通过电化学反应产生电能
 
将电能输送给动力电机产生动能
 
电化学反应产生水蒸气和热量通过排气管排出
 
氢燃料电池汽车现代NEXO的系统组成
 
 
 
↑氢燃料电池汽车现代NEXO系统组成
 
谈到氢燃料电池汽车现代NEXO,采用的是质子交换膜燃料电池(PEMFC)技术。其系统组成为燃料电池堆、41.1加仑(157L)氢气储罐、1.56kWh动力电池、动力控制单元和动力电机组成。最大输出功率可达135kW。由于每个燃料电池单体输出电压只有0.6~0.7V,因此需要配合直流升压转换器和动力电池使用。从而让电压可以适配650V高压,驱动动力电机。同时类似动力电池需要电池管理系统BMS,燃料电池也需要精密的监控管理系统FCMS,通过放电状态快速调整反应相关参数。为了储存氢气,一般采用70MPa高压液氢储罐。
 
 
 
↑氢燃料电池汽车现代NEXO剖视图
 
韩国现代专注氢燃料电池汽车的开发。并且通过长期投入,氢燃料电池汽车NEXO的售价已压低至40万量级。虽然仍然很昂贵,但已属业界标杆。目前现代NEXO在韩国享受补贴后售价进入20万人民币的量级,可见韩国对燃料电池技术的重视,也帮助NEXO燃料电池车型达到了4000辆的全球年销量,遥遥领先其他燃料电池车型。
 
 
 
 
 
 
 
 
 
↑现代NEXO的前舱氢燃料电池系统
 
从氢燃料电池汽车现代NEXO的剖面展示可以看到,燃料电池系统和配套的动力电机和功率控制单元位于前舱。燃料电池系统由燃料电池堆、热管理系统、空气处理系统和燃料处理系统组成。燃料处理系统负责将氢气从储罐送至燃料电池堆。空气处理系统将空气以适合的压力和量输送进燃料电池堆。热管理系统控制流入燃料电池堆的流量和温度。而燃料电池堆则是氢气和氧气电化学反应产生电能的核心。
 
 
 
↑现代NEXO燃料电池系统
 
由于氢气是已知密度最小的气体,氢气储罐需要通过高压来提升存储氢气的量。因此现代NEXO采用三个70MPa高压液氢储罐放置在后座下方。特殊的设计帮助NEXO在提升氢气储量的同时没有影响后座和后备箱空间。同时氢气的原子量极小,需要通过优异的储罐设计防止泄漏。NEXO的储罐由内而外由降低渗透性的衬垫、抗压力的结构性层、抗冲击的保护性层、振动吸收的圆顶保护层、防火层和高强度低腐蚀的喷嘴组成。
 
 
 
↑燃料电池高压储罐剖面示意图
 
其实韩国现代的燃料电池系统经过了快速迭代,相比第一代应用在现代途胜燃料电池系统采用的27.2加仑大储罐和9.8加仑小储罐储存5.63公斤的氢气,第二代应用于NEXO燃料电池系统采用三个13.8加仑的储罐来储存6.33公斤的氢气。不仅储罐的体积重量降低了,而且氢气储量增加的同时没有影响后备箱空间。氢气储罐的设计成为了燃料电池车型设计的重点。
 
 
 
↑现代第一代和第二代燃料电池系统对比