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欧洲清洁氢联盟将开发燃料电池汽车的基础架构

发布日期:2020-04-14

GRCC汽车电子电气架构创新发展论坛

2020-04-14 19:44:26

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该联盟的主要目标之一是到2030年将氢能源成本削减多达50%。




对于电动汽车,大多数人会想到带有大电池的车辆,而该电池可以从插座充电。然而,专家对另一种推进技术寄予厚望-包括替代长充电时间的技术。有争议的技术是氢动力发动机,也称为燃料电池电动汽车或FCEV(图1)



1.燃料电池电动汽车使用氢气为电动机提供动力。(来源:宝马)



在燃料电池技术中,发生了一种称为反向电解的过程,其中氢与燃料电池中的氧气反应。氢气来自FCEV内置的一个或多个储罐,而氧气来自外部空气。该反应的唯一结果是电能,热量和水,它们以水蒸气的形式通过废气排放。


氢联盟


迄今为止,氢能的最大挑战一直是其成本。欧洲最近宣布了一项计划,在整个欧盟范围内建立一个名为“清洁氢联盟”的新伙伴关系,以开发氢燃料技术。氢联盟的主要目标是降低生产替代燃料的成本,从而使其更适合于主流采用。


清洁氢联盟将促进氢的生产,以加快欧盟向碳中和迈进的步伐。该联盟旨在将投资者与政府,机构和行业合作伙伴聚集在一起,并在现有工作的基础上确定技术需求,投资机会以及监管障碍和推动因素。预计它将以欧洲电池联盟为蓝本,该联盟聚集了围绕电池制造的200多家公司,政府和研究组织。


根据最近由氢理事会(Hydrogen Council)发起的题为“氢竞争的道路:成本观点”的报告,由全球81个组织组成的联盟,扩大氢的生产,分配,设备和组件制造,可以降低氢的成本到2030年将解决方案的比例提高50%。这将使氢与其他低碳替代品竞争,并有助于实现欧盟实现碳中和的目标(12月,欧盟领导人同意使28个成员国成为第一个气候中和的国家。大陆到2050年)。


商业上有四个主要的氢生产来源,其中三个需要化石燃料:蒸汽甲烷重整(SMR),氧化和气化。排放CO2的SMR工艺需要大量热量才能使氢与甲烷分子化学分离。如果未捕获该过程的排放物,则称为灰色氢。


氢气也可以通过将水分成两个主要元素(氢气(H2)和氧气(O2))来产生。这个过程称为电解,使电流通过水中以提取氢。电力可以来自清洁,可再生的能源,例如风能,太阳能或水能。电解技术在FCEV中使用,例如Toyota Mirai(日语中的字面意思是“未来”)。


如前所述,一个绊脚石是,通过电解水来清洁生产替代燃料的技术仍然非常昂贵。根据氢理事会的数据,在生产中,要想获得具有竞争力的电解可再生氢,就需要部署总计70 GW的电解槽产能,这意味着累积的资金缺口,灰色生产的规模为200亿美元。


看起来一样


氢气分配器看起来像汽油分配器。将氢气放入燃料箱类似于填充丙烷箱,听起来像是用空气填充轮胎。驾驶员将喷嘴连接到车辆的插座,并接合喷嘴的锁以形成紧密密封。然后,该站执行系统检查,然后燃料开始流动。当油箱装满时,分配器停止运转,您解锁喷嘴并将其放回泵上,就像加汽油一样。给油箱加油大约需要一个汽油箱(最多需要五分钟,具体取决于需要多少燃料)。


在Toyota Mirai(图2)中,功率控制单元(PCU)决定何时使用电池中存储的能量或何时从燃料电池系统中直接提取能量。它基于普锐斯(Prius)中经过验证的丰田混合动力PCU。一个四相升压转换器将电压提高到650V。以更高的电压驱动可以更高效地利用电动机,从而为Mirai提供了与Toyota产品组合中的其他混合动力汽车相当的动力输出。


2.丰田的Mirai拥有32.3加仑的油箱,151马力的发动机和66 MPGe。(来源:丰田)



本田Clarity FCEV的整个燃料电池动力总成都安装在引擎盖下。这样可以释放宝贵的机舱空间,可容纳五个成年人。本田将在三年的租约中为车主提供一张价值不超过15,000美元的氢燃料的燃料卡。此外,可用的HondaLink应用程序配备了StationFinder,该工具可查找最近的经批准的加氢站,为您提供该站的当前状态并提供正确的方向。


BMW i Hydrogen NEXT原型提供了对下一代氢技术的初步了解。宝马集团预计2022年将有一批燃料电池汽车上路。i Hydrogen NEXT(图3)中的燃料电池堆是丰田与宝马合作的结果。氢气罐将安装在后排座椅下方和中央隧道内,而不会显着影响货物体积,据说与BMW X5插电式混合动力卡车相同。宝马表示,i Hydrogen Next可以在不到四分钟的时间内加油,并且续航里程在310至370英里之间。


3.显示的是宝马原型FHEV中的燃料电池堆。(来源:宝马)



宝马负责氢,燃料电池技术和汽车项目的副总裁JürgenGuldner博士认为,氢燃料电池汽车的成本在5年内将变得与ICE动力汽车一样便宜。


在加利福尼亚,一个名为StratosShare的氢燃料汽车租赁计划刚刚增加了五辆新的Toyota Mirai FHEV。由H2公司StratosFuel发起的该计划使人们能够租用H2加油的车辆。他们可以使用该品牌的智能手机应用按日或按小时租用这些车辆。预订后,即可使用该应用程序解锁租赁车辆,启动汽车并支付所有相关的租赁费用。该计划部分由加州能源委员会拨款资助。该赠款为StratosFuel提供了购买其第一批Toyota Mirai车队所需的初始资金。


在加利福尼亚州,有8,000多种氢燃料电池汽车的早期采用者。而且,根据加州燃料电池合作伙伴关系,他们可以使用44个零售加氢站。


根据H2stations.org的评估报告,2019年,全球共有83个新的氢气站开始运营。截至去年年底,共有177个欧洲H2加油站投入运营。其中大多数在德国,有87个站点,尽管在法国还有26个站点。计划在法国开设另外34个地点,计划在荷兰开设21个地点,而目前在瑞士运营的4个地点将增加6个地点。





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