氫燃料電池
關注創建者：zhaoxiuying 創建時間：2018-09-27
氫燃料電池的視頻教程
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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燃料電池發動機技術現狀與展望
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基于Fluent的固體氧化物燃料電池(SOFC)建模
采用Fluent SOFC模塊進行固體氧化物燃料電池建模 采用ANSYS meshing 網格劃分并定義邊界 采用fluent 和sofc模塊完成燃料電池單流道仿真計算
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氫燃料電池的實例教程
“燃油車、純電動與油電混合動力、燃料電池車將是汽車產業近、中、遠期的變革步伐。”時任福特汽車CEO艾倫·穆拉利此前表示。
如今，作為終極解決方案的氫燃料電池車已在商業化的道路上邁開了腳步，豐田、本田、現代、奔馳都推出了量產的氫燃料乘用車，并積極布局基礎設施。
這對中國來說，是否又將意味著新一輪的追趕？
氫燃料電池乘用車媲美燃油車
今年法蘭克福車展上，奔馳發布了首款量產氫燃料電池汽車——GLCF-CELL，并將于明年上市。這是繼豐田、本田、現代之后，又一家國際汽車公司拿出氫燃料乘用車的量產車型，其性能及使用方法已可媲美燃油車，僅待加氫站等基礎設施建設的“東風”。
“GLCF-CELL的氫燃料電池體積縮小了30%，與傳統動力的GLC發動機大小無異。”奔馳燃料電池系統開發負責人Christian Mohrdieck表示，“所以生產氫燃料電池車并不需要專門的生產線，其可適應目前奔馳的傳統動力車型。”
GLCF-CELL的動力提升了40%，功率達150千瓦，即203馬力，與現款燃油車型馬力相近。兩個共計4.5公斤的氫瓶僅需3分鐘即可加滿，可實現437公里的續航里程，為現款燃油車一箱油的續航里程的一半左右。
值得注意的是，嚴重影響氫燃料電池成本的鉑金，在GLCF-CELL上用量減少了90%，且能夠實現97%的鉑回收利用，由此降低了生產成本。
Mohrdieck表示，目前奔馳的氫燃料電池生產基地產能在四位數，未來當氫燃料電池車的年銷量達10萬輛時，其成本將與混合動力產品齊平。
Mohrdieck還表示，奔馳設定氫燃料電池的使用壽命到期為衰減10%。
展開 合理保持對氫燃料電池產業鏈的投入，從土地、稅收、技術標準等諸多方面給予積極支持，鼓勵和引導氫燃料電池企業從事研發與產業化應用活動。有關技術標準體系的構建，是引導企業安全有序開展研發和市場活動的重要前提，建議系統研究制定加氫站等基礎設施的安全標準建設文件，車輛、船舶、發電站等應用場景下氫燃料電池系統的技術和檢測標準，出臺法規文件縮短加氫站及氫燃料電池項目從審批、建設到運營的時間歷程。
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）。
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氫燃料電池的最新內容
如何對提升閥系統進行節能優化？12天前
方案落地：典型應用場景與成效
諾冠的節能優化方案并非紙上談兵，而是已經在多個行業取得了顯著成效：
應用場景 優化方案 節能成效
注塑成型 精確控制合模與注射壓力，避免超壓運行 節能可達15%-25%
氫燃料電池測試 高壓氫氣控制中的精準壓力調節，降低壓縮機負載 顯著降低設備運行成本
工程機械液壓 配合負載敏感控制，實現“所見即所得”的動力輸出 大幅降低燃油或電力消耗
應用場景與價值
從氫燃料電池測試臺的高壓氫氣微量加注，到半導體刻蝕機中的特種氣體精確配比，再到超臨界流體萃取實驗，諾冠高壓比例閥正在幫助全球客戶提升產品良率、降低能耗并確保生產安全。
如何選型高精度的高壓比例閥？2個月前
選型不僅是選參數，更是選伙伴，面對復雜的高壓高精度需求，諾冠提供的不僅僅是單一產品，而是系統級解決方案，我們擁有全球化的應用工程團隊，可協助您進行仿真模擬、臺架測試及現場調試，從半導體廠的特氣控制，到新能源汽車的氫燃料電池測試臺，諾冠的高壓比例閥已在無數嚴苛場景中驗證了可靠性。
本文原刊登于Ansys.com：《How Simulation Addresses Hydrogen Fuel Challenges》
作者：Kyutae Kim | 大田韓國科學技術院航空航天工程副教授
Kiyoung Jung | Ansys主任應用工程師
編輯整理：姚翔 | Ansys高級應用工程師
位于大田的韓國科學技術院（KAIST）正在與Ansys合作，利用大渦模擬仿真預測氫甲烷混合火焰的火焰結構
有哪些節能型高壓比例閥解決方案？3個月前
氫燃料電池測試臺：在高壓氫氣控制中，諾冠比例閥確保安全、精準的壓力調節，同時降低壓縮機負載。
工程機械液壓系統：配合負載敏感控制，實現“所見即所得”的動力輸出，顯著降低燃油或電力消耗。
Alaka'i正在研發Skai，這款eVTOL飛行器使用氫燃料電池發電，為其電機提供動力。
燃料電池電動汽車（FCEV）是第四種電動汽車，其工作原理是通過氫燃料電池（而非電池）產生電流。
四、內燃機汽車與電動汽車動力總成比較
一個多世紀以來，內燃機一直是汽車的主要動力來源。
雖然內燃機車的使用由來已久，但其仍面臨著一些挑戰，其中最重要的是化石燃料燃燒造成的環境污染。因此，各國政府和民眾都在為電動汽車的普及而共同努力。
7.動力能源系統：對于鋰離子電池、氫燃料電池和燃油動力電池系統的標識和警示說明、電池組安全要求均做出了相應的安全要求。
8.可控性：輕型和小型無人駕駛航空器的飛行控制系統應具備關鍵飛行參數的限制與保護的能力。關鍵飛行參數的限制包括最大飛行高度限制和最大平飛速度限制；輕型和小型無人駕駛航空器控制與導航精度安全應滿足《要求》相關規定。
氫燃料電池壓縮機電機</p><p>場景：氫燃料電池系統的高轉速壓縮機（轉速可達10萬轉/分鐘以上），如豐田Mirai、現代NEXO的燃料電池系統。</p><p>優勢：扁線繞組的高功率密度和散熱性適配高轉速壓縮機。</p><p>2）. 儲能系統用電機</p><p>場景：儲能變流器（PCS）的驅動電機。</p><p>優勢：提升能量轉換效率，降低儲能系統整體損耗。
新能源船舶驅動
純電動與氫燃料電池船舶：推動高功率密度電機與儲能系統協同發展。
6、結論
船用電動機的設計與選型需緊密結合其特殊運行環境和功能需求，甲板類設備注重抗振與動態性能，艙室類設備則強調穩定與低噪音。未來，隨著智能化、節能化技術的深度融合，船用電動機將向高效、集成、環保方向持續演進，助力全球航運業實現綠色轉型。
