(13)燃料电池公交客车开发的技术路线研究及建议

燃料电池总线开发技术路线研究及建议雷洪俊(湖北城市公交工程技术研究中心)现在纯电动车普及正在进行中，2015年6月媒体报道，宇通公司取得了燃料电池客车的生产资格。7月2日，中国电动车白人会在清华大学组织了“学术沙龙”，专题讨论了“燃料电池汽车”商业化问题。这说明纯电动汽车已经进入了“推广应用”阶段的工作，而燃料电池汽车则进入了“示范运营”的开始阶段。本文研究了燃料电池总线开发的技术路线，并提出了供同事参考的建议。一、示范运行与推广应用的差异和关系产品研发的最终目标是实现产业化。实现产业化一般需要三个阶段，第一阶段是产品研发，第二阶段是试点运营，第三阶段是推广和应用。如果纯电动公交车已经是普及产品，随着普及和应用的广度和深度的推进，产品需要进一步优化。标志产业化实现了。我国的新能源客车推进分为混合动力客车，第二阶段为纯电池电源总线，第三阶段为燃料电池客车等三个阶段。上一步是下一步的基础，下一步是上一步的扩展。根据前面的宣传情况，产品研究到示范运行，宣传应用基本需要10年左右。燃料电池总线的几大技术，产品研究开发的第一步，产品的“试运行”基础，包装好，产品开发的技术路线研究尤为重要，研究结果的水平基本决定了产品开发的最终成功与否？第二，现在的电源电池是什么级别的？那到底是什么水平的公共汽车？(1)大众化的解释是，12米纯电动公共汽车，一天运行完工里程为250公里，需要250度电力。目前电力电池的实际水平是，只需充电一次，就能满足12米公交车0.5天的运行要求。目前公共汽车公司新能源汽车的运行里程可能达到250公里，这是公共汽车工厂和公共汽车公司牺牲其他时间和空间资源后采取补救措施的结果。(2)国家863计划电动车主要特殊电源电池测试中心所长王朱东评价，电源电池比率能源为120 wh/kg，系统集成时比率能源为90wh/kg。王少东主任对当前电力电池水平进行了数值评价。3)中国工程院杨汤学生学者的观点是，锂离子电池的比能耗预计到2020年达到250wh/kg，这种电池不会在未来解决当前的问题。现在电池有四个问题。也就是说，集合能源不够高，不一致，寿命不够长，价格昂贵，安全也有问题。英浴学者定性地提供电源电池的不足。4)中国工程院郭功辉学者是我们汽车产业的泰斗。他的观点是，现在用锂离子电池的非能源制造汽车，设计合理的里程约为150公里。如果想开更远的距离，增加程序更合适。郭公辉学者提出了用当前电力电池开发汽车的基本取向。第三，以当前电力电池水平为背景，大型纯电力客车的开发不能“增加”，这是不可能的王自东理事、杨浴史、郭公辉学者代表水平，总结了一点，开发具有当前动力电池的大客车，不能绕过“扩大”阶段。我国公共汽车企业以“弯”超过的这个“弯”的终点就是如何向“赠”下功夫。具体介绍如下：1)最初的“增订”方案是内燃机增订机，没有创新点，是初级技术的整合，但直接反映了增订思想。其基本原理是将内燃机引擎功能直接转换为发电机。也就是说，内燃机从过去的引擎转换到增定期，结构复杂，发展效率低，环境保护问题没有解决。2)第二个“扩展”方案是在第一个方案中添加“电源连接”(可补充额外电源)功能。这个方案是向上调整了第一个方案，实际情况是花费了年费。技术的亮点是可以用外部电源补充，减少油用量，具有环保特性，同时具有明显的“扩张”效果。没电了，使用更方便，谁也找不到积极“插”的麻烦。最后，环境保护、节能的实际效果如何？3)第三个“赠送”方案没有物理增订，交替更换汽车电池技术，反映了赠送思想。一组电池不足，再加一组电池是典型的空间资源瞄准目标。2008年奥运会开了这个方案，接着青岛公共汽车将这条路线推向高潮，天津公共汽车扩大了这条路线。这条技术路线由国家电网开通，最终由国家电网终止，这是现实。4)第四个“扩展”程序电池快速充电。该方案由重庆港通和微宏启动，并成功实施。钛酸锂电池充电快，在重庆港通制造了33辆充电巴士，3年后运行良好。这是典型的时间资源里程目标。实际上，国家基本上不支持钛酸锂电池的开发，因此无法扩大。5)第五个“延长”方案白天由滑梯供电。以该技术为例，2012年东风长江汽车(有限客车)开通，武汉公共汽车在网上充实了200辆，稳步推进。王炳江老师，王家洞主任对这条技术路线评价比较高。以前有无轨电车的城市，例如北京公共汽车、济南公共汽车、上海公共汽车、青岛公共汽车等，开始同意这条“延长”技术路线，就像襄樊一样。这个“延长”方案的主要特点是方便实用地连接“地面”气体，而不会增加用户的麻烦。已借用操作时间间隔(时间资源)，空间资源占用实现了极小的值。弥补了无轨电车的不足，与新能源净电力客车连接。用现在的电池，公共汽车公司解决了每天250公里的运行里程要求。四、发展燃料电池总线的必要性总之，用当前的电源电池开发大型纯电动公共汽车是绕过“延长”的大前提。内燃机增压模式技术含量太低。电交换模式的技术内容有很大提高，但“接地”气体不接触。快速充电模式技术内容更高，但不是“工作”的意思。在线充电技术意味着“天空”和“地面”气体，还意味着“人”。电网白天给纯电动公共汽车充电很苛刻。大白天电力多的大型纯电车不被电网控制的充电模式，电力供应公司不同意。不是利益问题，现在的电网如果纯电动车不能满足一天中“任意”充电的要求，电网就有安全隐患。公共汽车公司面临“扩张”阶段(时代)，要开发符合“天”的意思、下一个“地”气、每个人“边”的产品。“天”的意思：该产品必须是国家政策中规定的新能源产品，才能得到政府的财政支持；“地”气：该产品应该能帮助公共汽车公司完成每天运行(250公里)的里程，而不必烦公共汽车公司；每个人的“边缘”:这种新能源产品晚上需要充电更多的电力，白天供电公司没有问题。这个增强器是什么？目前的产品只有燃料电池。有了这个助推器，新能源客车就不烧油、煤气了，他符合自己的“工作”可以发展；与这个助推器一起，新能源公共汽车白天不打扰电网公司，晚上使用电网“堡”电力的所有人“边”；有了这个助推器，燃料电池是电池，电源储能电池也可以用电池完成每天运行(250公里)的里程。这是“地”的气体。五、燃料电池总线紧急情况的当前发展(1) 中国制造2025把燃料电池汽车纳入支持项目，主要原因是环境原因或替代物是化石燃料的减少。政府大力支持燃料电池汽车的研发。我们的公共汽车一直是新能源汽车示范推广的开始项目。3)宇通公司已取得燃料电池客车生产资格。公共汽车老板已经行动超前，其他公共汽车企业能不跟着走吗？总线企业对燃料电池总线开发的主观认识如何？政府提倡企业要响应的呼吁。企业不响应是企业的自由，但只有响应政府号召的企业才能有发展的机会。开发燃料电池公共汽车比以前更紧迫。这一点没必要讨论。第六，什么是燃料电池？与“锂”电池有什么关系？“锂”电池是一种储能电池，通常这种电池的“电”预先“充电”，使用时可以“释放”电力。燃料电池是可以“发送”电力的电池，一般吃燃料，吐“电”。锂和燃料电池都为汽车供电，电力驱动马达，马达产生动力。这里的核心是要理解三点。(1)燃料电池不是储能电池。我们以前听说过储能电池(讨论)。(2)燃料电池可以发电，而诸如“锂”的电池则放电。(3)燃料电池是发电设备。那电应该放在储能电池上。第七，燃料电池产生“电”机制分析。燃料电池是通过氢燃料和氧气反应，产生电、水、热的电化学装置，是发生电化学反应的电池。工作原理如图1所示。图1燃料电池工作原理简要说明：燃料电池是利用由电解质分离的两个电极进行反向分解的。正极(负极)接收氢，负极(正极)积累氧气。阳极催化剂将氢分解成带正电荷的氢离子和电子，而氧作为氧负离子电离，通过电解质转移到阳极，与氢离子结合。单燃料电池的电压为0.6至0.8V。为了获得更高的电压，可以连续几节单体电池，这与现在的其他电力电池类似。单燃料电池的电压为0.60.8V，是燃料电池材料特性的确定，必须使用汽车使用的串行(并行)模块，然后通过CD/CD进行转换，以将电压提高到多个阶段，直到满足汽车电动机工作电压380V以上。八、燃料电池发电机工作原理燃料电池发电机系统除了燃料电池堆外，还有辅助氢供应系统，同时还有一些控制系统，使整个系统运行良好。目前燃料电池发动机控制系统主要包括8类：空气供应控制、氢气供应控制、水热管理、故障排除、电源管理、冷启动、关机控制、怠速控制(见图2)。图2燃料电池发电机工作原理Ix。几种常见燃料电池的优缺点燃料电池主要分为6类，优点和缺点不同，根据特性应用于各个领域。汽车用燃料电池主要分为两类。一种是质子交换膜燃料电池(PEMFC)，另一种是直接甲醇燃料电池(DMFC)。质子交换膜燃料电池(PEMFC)PEMFC是最深入、最广泛使用的燃料电池应用程序，包括汽车、便携式设备、办公室备用电池等。其优点之一是电池的氢可以很快启动。电池堆在80 时工作约176，内燃机效率只有50%(相比之下，内燃机效率约为25%)。汽车上已经有了成功的应用案例，需要进一步改进和提高。直接甲醇燃料电池(DMFC)甲醇是液体燃料，即使不先转换成密封氢。电化学性能好，只要更换油箱，充电完成，燃料电池也能不间断地工作。这种电池成本低，使用方便。液体燃料电池比氢燃料电池更有利。汽车上已经有了成功的应用案例，需要进一步改进和提高。X.燃料电池发展的瓶颈分析关于燃料电池的概念在1839年提出，20世纪70年代，美国人在汽车上使用碱性燃料电池时没有进步，20世纪90年代，对燃料电池的兴趣又开始高涨，但这种热情在21世纪又开始枯萎了。基本原因如下：(1)在净热值方面，(NCV)氢比汽油更贵，甚至有人认为氢能源几乎是中性能源，这意味着在产生同样的效果时，氢需要消耗很多能源。(2)氢通常跟其他物质结合，得到氢需要很多能量和更先进的技术。(。3)在相同体积下，石油产品的净热值约为氢燃料的24倍。另外，氢在液体状态下非常密集，需要大面积的隔热储存，加压氢需要中型钢储存罐。4)氢燃料储存不方便。因为有安全风险，管道运输也需要追加投资。十一、燃料电池汽车车辆电力系统技术方案介绍1)单燃料电池发动机驱动方案该程序是纯燃料电池汽车(见图3)。只有燃料电池供电，电力电池不匹配。但是燃料电池动态应对一方面缓慢，另一方面电压波动比较大，所以这个方案现在被车辆工厂报废了。图3单燃料电池发动机驱动程序2)电混合技术方案燃料电池和蓄电池共同供电的技术体系分为电力和插件系统两类。总功率类型燃料电池电力较大，电力蓄电池电力较小，燃料电池所占成本较高，有高压储氢瓶支撑，可以满足行驶距离500公里以上的需要。长途公共汽车采用这个方案，用户欢迎，它的工作结构图如图4所示。目前国际主流车辆工厂使用的程序是全功率类型。图4燃料电池/电池总功率类型插件方案其特点是，电源电池功率更大，燃料电池功率更小，可以充电外部电源，满足250公里以上的里程。公共汽车采用这个方案，用户欢迎。工作电路图如所示(图4)。图5燃料电池/电池插件类型(3)燃料电池/超级电容器/电源电池技术方案主要目的是提高电力系统的电力损失响应性能。缺点是结构复杂，控制相对复杂，其工作结构图显示在(图5)中图6燃料电池/超级电容器/电源电池技术解决方案十二、分析燃料电池总线发展的现有条件1)作为国家产业政策倡导者的国家财政有补贴，数额相当，补贴期限延长到2025年。2)混合动力客车、纯电动客车的推广应用。驱动电机和控制器、电源电池和控制器、电源和电池管理系统等关键技术的突破，为燃料电池总线的开发奠定了良好的基础。(3)插入(扩展)式混合动力是在燃料电池总线开发中积累很多成功经验的最佳适宜技术途径。(4)燃料电池部分关键技术(材料)的成本有所下降。直接甲醇燃料电池一度电燃料电池下降到1万韩元以下，寿命已经达到了总线寿命。13、直接甲醇燃料电池(DMFC)更适合采用总线1)直接甲醇燃料电池(DMFC)可以完全替代内燃机增定期，不燃烧石油，不燃烧，不燃烧甲醇燃料电池中的甲醇，用化学变化生成电能，排放指标为0；图7直接甲醇燃料电池(DMFC)产品外观和工作原理2)中国拥有10年以上甲醇汽油的促销经验，M85、M100已经得到促进，目前有2000多个酒精站，数量持续增加，新能源汽车一次充电继续运行不足困或不复存在。3)甲醇生产氢直接电，平衡充电汽车储能电池是目前车辆用电池获得电力的最方便，最便宜的方法，与质子交换膜燃料电池(PEMFC)相比，对高压贮氢瓶支持没有抵抗力。基本上没有安全问题，车身结构更简单。大客车装有“燃料电池系统”，空间有冗余。(4)20