燃料電池電動車的系統(tǒng)組成

xrprotector.com 來源：汽車電子世界網(wǎng)　　　電動車商情網(wǎng) 作者：俠名類別：電動車維修時間：2004-6-4 1

組成燃料電池電動車的動力系統(tǒng)有三個關(guān)鍵零組件，即 l 重組器(reformer)：將甲醇、汽油等液體燃料重組為富氫氣(hydrogen-rich)氣體燃料，提供予燃料電池反應(yīng)。 l 燃料電池(fuel cell stack)：燃料電池是燃料電池電動車的動力源，其提供氫氣與空氣中的氧氣反應(yīng)并產(chǎn)生電流與電壓，同時產(chǎn)生廢熱(水)等副產(chǎn)物。 l 電力轉(zhuǎn)換器(inverter／converter)：將燃料電池產(chǎn)生的電力轉(zhuǎn)換為直流電或交流電，或具備升壓或降壓以調(diào)整電力輸出者。燃料電池電動車普及化的課題 (1)氫氣燃料的供給日本經(jīng)濟產(chǎn)業(yè)省原來預(yù)估2010年底，燃料電池電動車可以達到5萬臺，2020年達到500萬臺的目標，目前看來似乎有些過熱，各個車廠開始以較務(wù)實的態(tài)度對應(yīng)這件事情。眾所周知，燃料電池電動車系以燃料的氫氣與空氣的氧氣反應(yīng)，以其產(chǎn)生的電力推動馬達而得以行駛者，相較于傳統(tǒng)電動車，燃料電池電動車的燃料電池可視為小型發(fā)電廠，且燃料電池電動車可以改善傳統(tǒng)電池過重、電能容量及長時間充電的缺點，燃料電池發(fā)電可視為水電解的逆反應(yīng)，發(fā)電過程中只有水份的排放，是清凈的動力能源。Toyota預(yù)定2003年燃料電池電動車商品化，且希望將價格訂在日幣1000萬元以下才具產(chǎn)品競爭力，惟短期的一至二年，燃料電池價格不易降至數(shù)百萬日元內(nèi)，同期從事研發(fā)工作的Honda、Daimler Chrysler、Ford等車廠都認為燃料電池電動車發(fā)展的難題是─氫氣燃料的供給！特別是氫氣供應(yīng)站與氫氣燃料的環(huán)境整備 (infrastructure)，燃料電池電動車可以純氫氣為燃料，抑或以碳氫系燃料如甲醇、天然氣、汽油等經(jīng)由重組取得富氫氣燃料，其熱值等性質(zhì)雖各有所長，以儲存性與管理而言，甲醇與高品質(zhì)的汽油經(jīng)由重組似乎較具優(yōu)勢。 (2)燃料重組燃料重組，最大的問題在于重組過程中造成的高溫現(xiàn)象，甲醇重組時溫度約300℃，汽油重組時的溫度則高達800℃(碳與氫分子鍵結(jié)強，不易打斷)，已經(jīng)在道路(Strada)行駛測試(fleet test)的甲醇重組方式燃料電池電動車，因為高溫而需要配置大型冷卻風(fēng)扇，衍生令人不快的噪音問題，雖然靜肅性 (如：馬達運轉(zhuǎn)等) 較傳統(tǒng)電動汽車優(yōu)越，燃料重組時大型冷卻風(fēng)扇噪音問題亦不得不重視，又大型冷卻風(fēng)扇亦會造成能量消耗，燃料重組方式燃料電池電動車因兼顧能源效率與噪音問題，事實上、較Toyota 的Prius 的復(fù)合動力能源效率相異不大，看不出燃料電池電動車的優(yōu)勢，更何況燃料重組時并非百分之百的零污染，仍有一定量的CO2排出！以甲醇重組并完成日本道路(Strada)行駛測試的Mazda認為“唯有以純氫氣作為燃料的燃料電池電動車才具有挑戰(zhàn)性！”甲醇與汽油重組衍生的各種問題，特別是高溫，是燃料電池電動車普及化的障礙，另外，高效率的重組器開發(fā)亦刻不容緩。 (3)純氫氣燃料儲存方式純氫氣燃料，似乎是燃料電池電動車未來(Futura)可能普及化的燃料供應(yīng)方式，然而氫氣的儲存卻是另一問題點，目前即使是氣密性最佳的燃料容器，放置一邊很可能即漏失完畢！可能的現(xiàn)象是，邊末有事未出門，隔邊出門時氫氣容量所剩無幾甚至完全漏失完畢。氫氣燃料儲存方式有高壓儲氫(compressed hydrogen gas)，可能引發(fā)安全上的顧慮，理論上較高的壓力儲氫量越多，惟儲氫材料、容器價昂，尤其是燃料電池電動車，這種移動式載具必需嚴肅考量碰撞的安全性；低溫儲氫，要儲存氫氣燃料于 -273℃環(huán)境且應(yīng)考慮前述漏失問題，其所需低溫儲存處理的能量消耗亦不容忽視；較安全且可行的儲氫合金(metal hydride)，其儲存效率多在1.5~2.0wt%，儲存效率仍有極大的改善空間。 (4)純氫氣燃料制造方式依照日本經(jīng)濟產(chǎn)業(yè)省預(yù)估2020年達到500萬臺的燃料電池電動車目標，相當(dāng)于一年需要37億5000mm3的氫氣，這樣的消耗量單靠天然氣提煉氫氣是不可能符合需求，況且在精制氫氣時亦會衍生一定數(shù)量的CO2排放，與降低CO2排放訴求的燃料電池電動車互為矛盾，CO2排放只是改變?yōu)槿剂想姵仉妱榆囈酝獍l(fā)生的場所罷了！為了不增加制造純氫氣燃料時所帶來的環(huán)境污染，以太陽(solara)能發(fā)電的電力對水產(chǎn)生電解制造純氫氣似乎可行！實際上，Honda 在美國加州的研發(fā)中心即利用太陽(solara)能發(fā)電制造純氫氣，并由供應(yīng)站供給氫氣進行相關(guān)實驗，單以太陽(solara)能發(fā)電制造純氫氣即可獲得一年約7600L，相當(dāng)于每天20.8L氫氣，以目前供給氫氣1.0L行駛1.8km的實驗車為例，每天可行駛37.4km，一年可累積里程13,680km，不過、配置在每臺燃料電池電動車上的太陽(solara)電池面積需求量是車輛的4倍，太陽(solara)電池的能源利用效率與如何小型化又是另一個課題！ (5)燃料電池價格目前燃料電池因需要使用一定量配方的貴重金屬，燃料電池試作廠預(yù)估短期內(nèi)不易降至量產(chǎn)化價格，燃料電池關(guān)鍵零組件中的膜組合體，貴重金屬如何降低使用量，開發(fā)耐高溫(200℃)與耐不純物的質(zhì)子交換膜等都是當(dāng)前重要的課題。結(jié)語現(xiàn)階段燃料電池電動車普及化最大的課題是，氫氣的儲存方式與供給體制。如何增加氫氣儲存效率(開發(fā)高效率儲氫合金材料)與氫氣供應(yīng)站的普及化都是攸關(guān)燃料電池電動車技術(shù)能否普及化的因素。而欲促進燃料電池電動車普及化，現(xiàn)階段與未來(Futura)應(yīng)朝下列幾個方向發(fā)展： 1、增加重組過程中富氫氣的比例 2、改善反應(yīng)氣體供應(yīng)方式 3、改善氫氣的使用效率 4、改善燃料系統(tǒng)對硫成分的抗性 5、縮短啟動時間 6、動力系統(tǒng)的熱管理 7、動力系統(tǒng)的最佳化設(shè)計 8、減少燃料電堆的容積與重量