氢能源在863燃料电池城市客车上的应用

2008-05-08 来源:中国新能源网 
核心提示:氢能源在863燃料电池城市客车上的应用

  (4)活性炭吸附贮氢

  活性炭低温吸附具有相当好的储氢能力,在-196℃,4.2MPa时,活性炭的储氢量约总重的5%。但是考虑到-196℃的低温、4.2MPa的压力,兼有高压容器法和液氢法的弱点,在车上也不是可行的方法。

  (5)碳纳米材料贮氢

  纳米碳管被认为是一种非常有潜力的高容量的储氢材料。然而目前所报道的其高储氢容量争议很大。此外,纳米碳管的价格昂贵,目前还未解决其规模制备的方法,加上纳米碳放氢难,放氢的容量低,放氢速率低,实际应用困难,所以其技术的发展难以预测,至少在较短的时间内是不可能实际应用的。 不同的储氢方法对氢气纯度的要求也不尽相同。表1为各储氢方法对氢气纯度的要求。高压氢用的是纯氢,而其它储氢方法要求的是高纯氢或超纯氢。氢的纯化分离能耗成本很高,因此对氢的纯度要求越高则存储方法的成本越大。

  

  综合来看,现阶段在中国发展燃料电池汽车,从技术难度、成本、能耗等方面考虑,在对储氢容器体积要求较低的燃料电池城市客车上,高压氢气储氢具有一定的优势。因此,863燃料电池城市客车采用高压气瓶储氢的方案。 1.2整车动力系统结构分析 燃料电池汽车的动力系统结构有多种,目前各国研究的燃料电池大客车中主要有纯燃料电池(PFC)、燃料电池和辅助电池联合驱动(FC+B)、燃料电池和超级电容联合驱动(FC+C)、燃料电池加辅助电池加超级电容联合驱动(FC+B+C)四种结构。 纯燃料电池汽车只有燃料电池一个能量源,汽车所有功率负荷都由燃料电池承担。这种结构中燃料电池的额定功率大,成本高,对冷起动时间、耐起动循环次数、负荷变化的响应等提出了很高的要求。 燃料电池和辅助电池混合驱动是一种比较流行的结构。采用燃料电池和辅助电池的双动力源结构主要基于以下原因:

  (1)当前燃料电池的动态性能欠佳,而汽车的工作状态总是在较大的范围内动态变化,燃料电池不能随时满足汽车的功率需求,增加辅助电池可以起到快速调节功率的作用;

  (2)燃料电池最佳的负荷率在额定功率20%-40%的范围内,为了实现整车能量效率最佳,增加辅助电池调节燃料电池的功率输出,可使其工作点尽量保持在效率最佳的范围内。

  (3)目前燃料电池的成本还很高,从降低整车价格的方面来考虑,适当减小燃料电池的额定功率,用辅助电池来弥补不足的功率输出,可以在一定程度上降低整车成本。

  

  

  863燃料电池城市客车在动力结构上采用了三种能量源混合的形式,如图1所示。选择蓄电池和超级电容组合的原因,主要基于以下两点:

  (1)蓄电池的能量密度比较大,在驱动过程中,可以长时间提供足够的辅助能量;

  (2)超级电容的功率密度比较大,在需要比较大的辅助功率时,发挥主要作用,特别是在汽车制动能量回收的过程中,回收较大的回馈功率,进而延长电池使用寿命,提高汽车动力系统的效率。 863燃料电池城市客车在行驶过程中,由燃料电池作为主能量源提供驱动汽车所需的功率,蓄电池用来提供不足功率或吸收多余功率,超级电容主要用于回收和输出瞬间大电流,按照一定的控制策略,多能源动力总成控制系统对三者的输出或输人功率进行合理优化分配,满足复杂城市工况下的行驶要求。这种多能源动力总成控制系统利用三种能量源各自的优势,协调控制工作模式和功率分配,同时改善汽车动力性能和能量效率,其优势互补是单能量源系统不具备的。

  2、原型车介绍

  2.1整车参数

  

  

  863燃料电池城市客车的第一辆原型车的外观如图2所示,整车的部分参数在表2中列出。第一辆原型车在车上预留了超级电容的接口和空间。结合研究条件和试验状况,第一辆原型车没有使用超级电容,仍然是FC+B结构。

 

  2.2部件参数

  2.2.1燃料电池

  第一辆原型车采用的是氢空型燃料电池,由中科院大连化物所设计,额定功率为50kw。工作电压大约在 220V-320V之间,输出电压特性如图 3所示。

  

  

  2.2.2辅助电池

  第一辆原型车使用理离子电池组作为辅助电池,由深圳雷天公司提供。理离子电池组额定电压为388.8V,由32个电池模块组成,电池单体特性参数如表3所示。

  

  

  2.2.3主DC/DC变化器

  

  

  第一辆原型车的主DC/DC变换器采用直流斩波器结构形式,工作原理如图4所示。 2.2.4电机 第一辆原型车使用的电机为三相交流异步电动机,由株洲电力机车研究所设计,额定功率 100kw,峰值功率160kw。 2.3主要设计指标 863燃料电池城市客车第一辆原型车的主要设计指标如下:

  

  

  3、氢能源的应用

  3.1供氢系统

  如图5所示,第一辆原型车车载高压氢气储存供应系统由储氢瓶组1、压力表3、滤清器4、减压器 5、单向间8、电磁阀10、手动截止问及管路等组成。

  

  

  在给储气瓶组加氢气时,加氢站的压缩氢气由压力表3(见图5)附近的加气口压人,经客车中部的管路11(见图 6)、三通 9、单向阀 8和管路 7到达汇流排12,由汇流排12进入储气瓶组1。当燃料电池用氢气时,压缩氢气由储气瓶组1经汇流排12、电磁阀10和三通9到达管路11。管路11的氢气再经过压力表3附件气路、客车后部的滤清器4和减压器5,到达燃料电池6。

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