燃料電池電動(dòng)車的系統(tǒng)組成
汽車電子世界網(wǎng) 電動(dòng)車商情網(wǎng) 俠名 電動(dòng)車維修 2004-6-4 1
| 組成燃料電池電動(dòng)車的動(dòng)力系統(tǒng)有三個(gè)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(dòng)車的動(dòng)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(shí)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(dòng)車普及化的課題 (1)氫氣燃料的供給 日本經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)省原來(lái)預(yù)估2010年底，燃料電池電動(dòng)車可以達(dá)到5萬(wàn)臺(tái)，2020年達(dá)到500萬(wàn)臺(tái)的目標(biāo)，目前看來(lái)似乎有些過(guò)熱，各個(gè)車廠開始以較務(wù)實(shí)的態(tài)度對(duì)應(yīng)這件事情。眾所周知，燃料電池電動(dòng)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(dòng)馬達(dá)而得以行駛者，相較于傳統(tǒng)電動(dòng)車，燃料電池電動(dòng)車的燃料電池可視為小型發(fā)電廠，且燃料電池電動(dòng)車可以改善傳統(tǒng)電池過(guò)重、電能容量及長(zhǎng)時(shí)間充電的缺點(diǎn)，燃料電池發(fā)電可視為水電解的逆反應(yīng)，發(fā)電過(guò)程中只有水份的排放，是清凈的動(dòng)力能源。Toyota預(yù)定2003年燃料電池電動(dòng)車商品化，且希望將價(jià)格訂在日幣1000萬(wàn)元以下才具產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)力，惟短期的一至二年，燃料電池價(jià)格不易降至數(shù)百萬(wàn)日元內(nèi)，同期從事研發(fā)工作的Honda、Daimler Chrysler、Ford等車廠都認(rèn)為燃料電池電動(dòng)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(dòng)車可以純氫氣為燃料，抑或以碳?xì)湎等剂先缂状肌⑻烊粴狻?a href=http://www.sail-shipping.com/huanye_htm/hyfenlei239.html target=_blank>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(zhǎng)，以儲(chǔ)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(shì)。 (2)燃料重組 燃料重組，最大的問(wèn)題在于重組過(guò)程中造成的高溫現(xiàn)象，甲醇重組時(shí)溫度約300℃，汽油重組時(shí)的溫度則高達(dá)800℃(碳與氫分子鍵結(jié)強(qiáng)，不易打斷)，已經(jīng)在道路(Strada)行駛測(cè)試(fleet test)的甲醇重組方式燃料電池電動(dòng)車，因?yàn)楦邷囟枰渲么笮?a href=http://www.sail-shipping.com/huanye_htm/hyfenlei31.html target=_blank>冷卻風(fēng)扇，衍生令人不快的噪音問(wèn)題，雖然靜肅性 (如：馬達(dá)運(yùn)轉(zhuǎn)等) 較傳統(tǒng)電動(dòng)汽車優(yōu)越，燃料重組時(shí)大型冷卻風(fēng)扇噪音問(wèn)題亦不得不重視，又大型冷卻風(fēng)扇亦會(huì)造成能量消耗，燃料重組方式燃料電池電動(dòng)車因兼顧能源效率與噪音問(wèn)題，事實(shí)上、較Toyota 的Prius 的復(fù)合動(dòng)力能源效率相異不大，看不出燃料電池電動(dòng)車的優(yōu)勢(shì)，更何況燃料重組時(shí)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(cè)試的Mazda認(rèn)為“唯有以純氫氣作為燃料的燃料電池電動(dòng)車才具有挑戰(zhàn)性！”甲醇與汽油重組衍生的各種問(wèn)題，特別是高溫，是燃料電池電動(dòng)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(chǔ)存方式 純氫氣燃料，似乎是燃料電池電動(dòng)車未來(lái)(Futura)可能普及化的燃料供應(yīng)方式，然而氫氣的儲(chǔ)存卻是另一問(wèn)題點(diǎn)，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(shí)氫氣容量所剩無(wú)幾甚至完全漏失完畢。氫氣燃料儲(chǔ)存方式有高壓儲(chǔ)氫(compressed hydrogen gas)，可能引發(fā)安全上的顧慮，理論上較高的壓力儲(chǔ)氫量越多，惟儲(chǔ)氫材料、容器價(jià)昂，尤其是燃料電池電動(dòng)車，這種移動(dòng)式載具必需嚴(yán)肅考量碰撞的安全性；低溫儲(chǔ)氫，要儲(chǔ)存氫氣燃料于 -273℃環(huán)境且應(yīng)考慮前述漏失問(wèn)題，其所需低溫儲(chǔ)存處理的能量消耗亦不容忽視；較安全且可行的儲(chǔ)氫合金(metal hydride)，其儲(chǔ)存效率多在1.5~2.0wt%，儲(chǔ)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(jì)產(chǎn)業(yè)省預(yù)估2020年達(dá)到500萬(wàn)臺(tái)的燃料電池電動(dòng)車目標(biāo)，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(shí)亦會(huì)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(dòng)車互為矛盾，CO2排放只是改變?yōu)槿剂想姵仉妱?dòng)車以外發(fā)生的場(chǎng)所罷了！為了不增加制造純氫氣燃料時(shí)所帶來(lái)的環(huán)境污染，以太陽(yáng)(solara)能發(fā)電的電力對(duì)水產(chǎn)生電解制造純氫氣似乎可行！實(shí)際上，Honda 在美國(guó)加州的研發(fā)中心即利用太陽(yáng)(solara)能發(fā)電制造純氫氣，并由供應(yīng)站供給氫氣進(jìn)行相關(guān)實(shí)驗(yàn)，單以太陽(yáng)(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(shí)驗(yàn)車為例，每天可行駛37.4km，一年可累積里程13,680km，不過(guò)、配置在每臺(tái)燃料電池電動(dòng)車上的太陽(yáng)(solara)電池面積需求量是車輛的4倍，太陽(yáng)(solara)電池的能源利用效率與如何小型化又是另一個(gè)課題！ (5)燃料電池價(jià)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(jià)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(yǔ) 現(xiàn)階段燃料電池電動(dòng)車普及化最大的課題是，氫氣的儲(chǔ)存方式與供給體制。如何增加氫氣儲(chǔ)存效率(開發(fā)高效率儲(chǔ)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(dòng)車技術(shù)能否普及化的因素。而欲促進(jìn)燃料電池電動(dòng)車普及化，現(xiàn)階段與未來(lái)(Futura)應(yīng)朝下列幾個(gè)方向發(fā)展： 1、增加重組過(guò)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(duì)硫成分的抗性 5、縮短啟動(dòng)時(shí)間 6、動(dòng)力系統(tǒng)的熱管理 7、動(dòng)力系統(tǒng)的最佳化設(shè)計(jì) 8、減少燃料電堆的容積與重量 |
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