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打造綜合型團隊 解決燃料電池三大技術難點

發布日期:2017-07-20

核心提示:2017年7月19日,中國電動汽車百人會舉辦的2017年第四期電動汽車熱點問題研討會在湖南省株洲市召開。本期主題聚焦新能源汽車電力
        2017年7月19日,中國電動汽車百人會舉辦的2017年第四期“電動汽車熱點問題研討會”在湖南省株洲市召開。本期主題聚焦“新能源汽車電力電子技術”,清華大學李建秋教授就燃料電池系統中的電力電子問題作出了詳細解讀。

李建秋認為,研發燃料電池發動機需要一個綜合型團隊,包括傳統電化學、燃料電池材料、傳熱傳質等等學科;在電力電子層面上,DC/DC(直流斬波器)、空壓電機及控制器、氫氣再循環泵電機以及控制器,在燃料電池的控制里面是占有非常重要角色。

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化學能轉化為電能后依然離不開電控系統

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一個燃料電池系統,我們簡稱燃料電池發動機,就是他本身工作的過程本質是電化學反應,是將化學能轉化為電能的裝置,其中也包括傳熱傳質的過程、氣體流動、水熱交換等過程。一涉及到電驅動,就必須要又包括DC/DC在內的電控系統來配合工作。所以搞燃料電池發動機必須要集成三個學科的團隊:電化學、傳統發動機、電力電子。

燃料電池汽車國內外的發展現狀

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燃料電池的電堆技術是最核心的部分,金屬雙極板電堆因其較高的能量密度,適用于乘用車型;而碳板電堆體積重量比較多大,雖然能量密度較低但是耐久性非常好,是商用車的不二之選。

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目前包括豐田、通用、日產、奔馳的企業都推出了燃料電池乘用車。通用的技術比較老,依然停留在2008年的水平,其他都在逐年改進,續駛里程能達到500—600公里,可以跟傳統的燃油車并駕齊驅。

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美國、德國、日本都推出了燃料電池客車,功率大概是從120—200千瓦,配合鋰電池做儲能裝置,續駛里程可達300公里,耐久性平均達到1萬小,售價100萬美元左右。卡車也有美國的Nikola One和日本豐田在研發。

在國內,中科院已經在燃料電池方面已經做了十多年的研究,現階段已經建成了燃料電池發動機的批量生產線,年產2000套。李建秋預計2020年能小批量示范生產1萬臺左右,到2025年能達到每年幾萬臺到十萬臺的量。

燃料電池的三大電力電子難點

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燃料電池專用的功率模塊部分是最關鍵的,其中DC/DC作為燃料電池控制的重要執行器,除了要完成功率的變換,還要對燃料電池的耐久性進行控制,也就是控制燃料電池的功率電壓。此外,DC/DC還參與燃料電池的交流阻抗辨識的工作,通過產生高頻的擾動信號,幫助控制系統來辨識電堆里面的含水量。對于企業來說,與普通的DC/DC相比,研發燃料電池的DC/DC還是有難度的。

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為了提高燃料電池的功率密度,需要對它的空氣進行增壓。傳統內燃機可以通過廢氣渦輪增壓,但是燃料電池發動機廢氣的能量是很低的,必須要用一個高速電機來驅動這個空壓機,因此空壓電機的控制器就十分關鍵了。現階段,中科院正與英飛凌和精金電動,為的就是把高速電機跟空壓機做成集成系統。

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除了DC/DC和空壓電機的控制以外,氫氣再循環泵和控制器也是一個難點。氫氣再循環泵有嚴格的防爆要求,而且速度也很高。如何在保證電機高速的情況下,符合防爆要求,這就成了企業攻關的另一個難點。


 
關鍵詞: 燃料電池
 
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