氫燃料電池汽車
關注創建者：匿名 創建時間：2021-08-03
氫燃料電池汽車的視頻教程
氫能燃料電池汽車發展的機遇與挑戰
本視頻中，歐陽明高院士介紹了面向能源革命的新能源汽車愿景，讓大家更清楚了解氫燃料電池汽車在整個新能源革命中的位置；以及清華團隊在氫燃料電池方面做的探索和實踐；中國燃料電池汽車技術路線圖2020年版。
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氫燃料電池汽車的實例教程
氫燃料電池指的是氫通過與氧的化學反應而產生電能的裝置（單純依靠燃燒氫來驅動的“氫內燃機”，也曾出現過，比如寶馬的氫能7系）。氫燃料電池車的驅動力來自于車上的電動機就像純電動車一樣，因此氫燃料電池車可以理解為一輛“自帶氫燃料發電機的電動車”。
什么是終極清潔能源汽車？
現下我們對新能源汽車已經不再陌生，以豐田普銳斯為代表的油電混合動力車，以比亞迪秦為代表的插電式混合動力車，以 BMW i3 為代表的增程式電動車，還有以尼桑聆風 LEAF、特斯拉為代表的充電式純電動車都在不斷滲透進千家萬戶。但新能源汽車可不止以上四類，比如氫燃料電池電動車、甲醇汽車。
以氫燃料電池電動車為例，國外技術已相當成熟，它是一種使用電動機驅動，以氫燃料經電化學反應產生的電能為動力源的新能源汽車。由于化學反應后只生成水，排放接近于零，對比鋰電池類新能源汽車，消費者沒有續航焦慮問題，無需改變使用習慣，加氫過程只需 5 分鐘，長期使用后也沒有大容量電池報廢后帶來的污染問題，因此被稱為終極清潔能源汽車。
我國將在氫燃料電池汽車布局上面拉近與國外的差距？
在討論差距之前，我們先來了解一下歷史。如果說電動汽車的歷史可以追溯至 1834 年 Thomas Davenport 在美國制造出第一輛直流電機驅動的電動車的話，燃料電池汽車歷史也是相當悠久的。1838 年，德國化學家克里斯提安·弗里德里希·尚班提出了燃料電池原理，20 世紀 60 年代，首次應用在美國航空航天管理局的阿波羅登月飛船上，但受到技術與成本的限制，發展速度緩慢，一直停留在演示階段。
直到 2014 年，燃料電池技術有了長足的進步，在以豐田等日本公司的大力推進下，部分燃料電池汽車已實現量產，比如豐田 Mirai（4 座，續航里程 500 公里）。
展開 而我國也繪制了清晰的燃料電池汽車發展路線圖：預計到2020年，建設100個加氫站、5000輛氫燃料電池汽車；到2025年，要擁有10萬輛氫燃料電池汽車。
在氫燃料電池汽車中成本占比不高，但卻發揮著重要作用的元器件，它就是傳感器。
氫燃料電池車用傳感器主要有氫氣傳感器、壓力傳感器及溫度傳感器等，每種類型的傳感器作用不同，技術難度有差異。目前國內氫燃料電池汽車所用氫氣傳感器和壓力傳感器主要采用進口產品，氫氣傳感器以日本Figaro為主，壓力傳感器則以瑞士Huba Control、美國Sensata為主，溫度傳感器國內產品市場占比相對較高。
造成氫燃料電池車用傳感器市場高度依賴進口的原因有很多，最關鍵的因素在于市場需求偏小，企業缺乏研發動力，已開發的國產產品測試又不夠。不過，隨著國內氫燃料電池汽車規模的擴大，部分國內企業開始嗅到商機，專門立項以加快氫燃料電池車用傳感器研發步伐。
作為應用方的氫燃料電池系統企業表示：“國產傳感器機會非常大。只是車用傳感器需要在工程化方面做好匹配，建議傳感器廠商更多地去了解使用方的需求，更多地了解汽車標準的要求。國內只要做出來的產品通過測試，就會有很有競爭力，比如國產壓力傳感器價格不到進口一半。”
下面主要為大家介紹氫燃料電池汽車氫氣傳感器
氫氣傳感器包括敏感探頭、電路板、外部殼體以及相關的結構組件；傳感器與外部的接口主要為通訊接口，這些子系統有機結合在一起構成了一個氫氣傳感器零部件。
裝載氫氣傳感器，首要作用是為了保障氫燃料電池汽車運行安全。眾所周知，氫氣是易燃易爆氣體，對于氫燃料電池汽車而言，氫氣傳感器可檢測到氫氣濃度超過安全范圍時，給整車及時輸入報警信號，整車系統會立刻做出相應的斷電安全保護措施，以防止發生安全事故。
此外，氫氣傳感器不僅能用于監測氣罐和電堆端氫氣的泄露，還能用于檢測排放尾氣中的氫氣濃度。氫燃料電池汽車也就能根據這些監測的信息來實時分析電堆的性能和反應程度，從而及時調整相關輸入指標或數據配置來實現車輛的安全、高效運行。
展開 氫燃料電池汽車作為氫能利用的重要方式，近年來發展迅速。在即將到來的北京冬奧會期間，張家口賽區共將投入625輛氫燃料電池車，為賽事提供交通運輸服務保障。
氫燃料電池與鋰電池相比，具有哪些優勢？
——續航更久、更環保，在固定路線、中長途及高載重場景下更有優勢
更環保
“雙碳”目標驅動下，氫能源得到更多關注。國際氫能委員會預測，到2050年，全球氫能產業將創造3000萬個工作崗位，減少60億噸二氧化碳排放，創造2.5萬億美元的市場規模，并在全球能源消費占比達到18%。
氫燃料電池汽車是目前交通領域利用氫能的重要方式，以氫氣為燃料，通過電化學反應將燃料中的化學能直接轉變為電能，具有能量轉換效率高、零排放等特點。中國汽車工業協會秘書長助理兼技術部部長王耀對記者表示，與鋰電池電動車相比，氫燃料電池汽車續航足、加氫快、綠色環保。
“鋰電池自身并不能發電，屬于二次電池。而氫燃料可以直接作為汽車動力來源，且加氫方便快速，平均5-8分鐘就能加滿。”王耀介紹，氫燃料電池的能量消耗、碳排放比鋰電池更環保，不僅沒有氮氧化物等有害氣體，甚至不會產生二氧化碳。此外，氫能源最大的優勢就是可再生。除了工業副產品制氫外，還可通過煤制氫以及利用光伏、風電等可再生能源電解水制氫。
續航更久
隆冬時節，400多輛氫燃料電池公交車已在張家口忙碌地運行著。據悉，這批氫燃料電池公交車已經實現零下30攝氏度極寒環境下的儲存和冷機啟動以及開啟暖風空調場景下300-450公里的長續駛里程。北京冬奧會期間，更多氫燃料電池車將為張家口賽區提供交通運輸服務保障，助力綠色冬奧。
對于消費者來說，最直觀的感受就是續航更久了。“氫的能量密度更高，在超高能量密度的支持下，氫燃料電池車輛的續航里程很容易就達到或者超過現有燃油汽車。
展開 氫燃料電池車的工作原理大致為，氫氣經過電池的陽極板在鉑的催化劑下電離出氫離子（質子），在質子交換膜的篩選下降氫離子和電子分別送達燃料電池的陰陽兩極，其中電子也外電路產生電流供汽車使用，而氫離子則穿過陰極板與空氣中的氧原子重新結合為水。
與傳統汽車相比，燃料電池車能量轉化效率高達60~80%，為內燃機的2～3倍。燃料電池的燃料是氫和氧，生成物是清潔的水，它本身工作不產生一氧化碳和二氧化碳，也沒有硫和微粒排出。因此，氫燃料電池汽車是真正意義上的零排放、零污染的車，氫燃料是完美的汽車能源！
加氫三分鐘續航700公里，量產還會遠？
相比三元鋰電池純電動車，氫燃料電池的環保優勢要明顯的多，為何遲遲不推廣？除了我們上面所提及的，三元鋰電池得來較為方便以外，目前氫燃料還未全面放開技術，但這并不意味著一成不變。
從目前的市場來看，越來越多的車企開始注重燃料電池的應用和研發技術，其中日本在氫能的利用方面領先世界。早在去年年底，日本就提出了“氫能社會”的構想，并將在2040年完成零碳氫燃料供給體系建設。
作為氫能源踐行者之一，豐田所量產的第一輛氫電池車Mirai，便可實現加氫3-5分鐘，續航達700公里的用車需求（本田推出了Clarity）。日本至今建設了92座加氫站。韓國，美國等國家也緊隨其后，興建加氫站并推出氫能源汽車。此外，歐洲也在努力發展氫能源的建設和應用。
相比歐洲、日韓等地區，我國在氫能源的應用和建設方面還顯得有些落后。不過今年9月27日，上海首條燃料電池公交線路正式上線，該公交線路全程約7公里。公交車長度為12米的全低地板燃料電池公交客車，共計6輛，該車采用上汽60kw燃料電池系統，車載氫系統由上海舜華提供，包括7個145L 35MPa儲氫瓶組成，續航里程≥560km，氫氣加注保障由安亭加氫站完成。
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<p>氫能有望減少溫室氣體排放，并幫助在 2050 年實現凈零碳排放目標。在面對能源供應和低碳排放目標的雙重壓力下，氫能作為綠色新能源產業愈發受到重視，采用可再生能源電解水制氫并作為燃料供給燃料電池，成為氫能綠色應用的典型方式。</p><p>Ansys CFD產品提供專門的電解制氫和燃料電池仿真模塊，可對質子交換膜電解水、堿性電解水、質子交換膜燃料電池和固體氧化物燃料電池等多種氫能生產及利用過程進行仿真模擬
氫氣因其零排放特性而被認為是能源的終極形式，氫燃料電池汽車也以其零排放的特點成為未來汽車的發展趨勢，用于存儲高壓氫氣的儲氫氣瓶是燃料電池汽車必不可少的關鍵零部件之一。根據儲氫罐的結構，它可以分為四種類型。I型儲氫罐是一種金屬氣缸，其重量大、儲存壓力低。II型的特點是在金屬襯套外部增加了環箍繞組，與I型相比，重量減輕，壓力增加。
溫州市交運集團為亞運會特別新增2條氫能源專線，將有10輛氫燃料電池汽車投入使用。
圖 | 溫州雙嶼加氫站
杭州亞運低碳氫能示范工程位于錢塘區杭州大江東產業集聚區格力電器（杭州）有限公司產業園內，屬于國內首個集氫電耦合、柔性直流、多能互補于一體的零碳綠色示范工程。
首先是氫氣資源分布與氫燃料電池汽車示范分布不匹配，其次是氫能運輸效率較低，最后是加氫站總體數量較少，建設運營成本偏高，建設和運營經驗不完善。
氫燃料電池汽車是氫能利用的重要產業之一，加氫站是為氫燃料電池汽車及其他氫能利用裝置提供氫氣的核心基礎設施。2016年制定的《中國氫能產業基礎設施路線圖》規劃目標：到2020年，以能源形式利用的氫氣產能規模將達到720億m
3；加氫站數量達到100座；燃料電池車輛達到100000輛；氫能軌道交通車輛達到50列；行業總產值達到3000億元。
I
在我國雙碳目標戰略下，氫能已經成為應對氣候變化、構建現代能源體系的重要組成部分。氫能的產業鏈很長，主要包括從“生產”、“儲存與運輸”到“使用”三個環節。我國氫能產業仍處于成長期，還存在很多亟待解決的問題，如膜電極材料及制備工藝，氫脆現象，系統集成等
氫能源仿真測試系列直播
本次研討會整合西門子綠色氫能行業的仿真測試解決方案
來源 | Journal of Cleaner Production
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背景介紹
電動汽車 (EV)，包括純電動汽車 (BEV) 和燃料電池汽車 (FCV)，被認為是汽車應用中實現零碳排放和新能源利用的有前途的解決方案。盡管 BEV 技術和市場化的持續高速發展，但 FCV 的技術發展具有強大的動力，主要是因為它們在行駛距離和充電時間方面優于
與燃油車相比較，氫燃料電池汽車具備：1.零排放：尾氣排放僅為水蒸氣，完全無二氧化碳和其他有害物質的排放，可以大幅降低對環境造成的危害；2.高能效：能源轉換效率更高，能源利用率更加高效，單就燃料電池電堆而言效率理論值可達83%，整個燃料電池系統而言，最高效率也可以達到將近60%；與動力電池純電動汽車相比，具有充電時間較短、長續航里程的優點，氫燃料電池汽車的續航里程平均可達到400-500公里以上，而處于全球技術領先的豐田
同時，這款控制器也可以使用在氫燃料電池汽車上，為其動力系統提供高質量空氣。
加氫站是將不同來源的氫氣通過壓縮機增壓儲存在站內的高壓罐中，再通過加氣機為氫燃料電池汽車加注氫氣，從氫源供應方式可分為外供氫加氫站和站內制氫加氫站，目前國內以外供氫加氫站為主。加氫站系統包括供氫系統、壓縮系統、存儲系統和加注系統四個主要模塊。
