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氫燃料電池在火車、汽車上的應用

2019-12-26 10:13  來源:中國新能源汽車評價規程  瀏覽:  

本文為在中國汽研舉辦的“2019第二屆新能源汽車測試評價技術國際論壇”上,德國施韋比施格明德Unicorn工程師Joerg Dieter Weigl帶來的《氫燃料電池在火車、汽車上的應用》。

Joerj Dieter Weigl工程師曾參與過很多高溫燃料電池的項目,其中包括燃料電池滑板車,燃料電池三輪車,燃料電池摩托車、貨車以及燃料電池火箭引擎的測試等。

Joerj Dieter Weigl在介紹相關項目時表示,目前德國的燃料電池火車已經可以在歐洲的軌道上行駛了,在未來也會更多的發展氫火車。在德國,燃料電池火車在鄉村基本上有兩條線,它里面的氫燃料是巴士所用的3倍,運營時間大概是8小時到12小時,它的運營時間是兩班,現在有兩輛車在德國運行,它有200千瓦的燃料電池。燃料電池火車其實和巴士非常相似,加氫大概需要少于一個小時的時間。研究氫火車在德國有比較大的意義,因為火車用氫來驅動是更加高效的,在德國有超過一半的軌道都是非電力的,如果說是有電力的話,需要9年的時間才能夠讓所有的軌道完成電力化的過程。所以我們可以用氫的火車來替代那些柴油的火車。圖1所示的燃料電池火車配備有2個90kg、350bar的氫氣罐,2個200kW的燃料電池系統,大約60節車廂,最高行駛速度為140km/h,行駛里程約為600-800km。

圖1:燃料電池火車

Unicorn公司設計了一種智能模塊化的電池系統,規模為180×60mm,大約700g,有比鋰電池更高的效率。它與燃料電池技術結合起來優勢則更加顯著。可以在電池端生成氫、然后對氫進行儲存,然后供給燃料電池可用來發電。我們也希望在兩邊都可以有氫的儲存,在使用的這一部分也就是我們要從靜態的轉移到一個動態的。上述的系統就如如圖2所示Unicorn公司剛剛推出市場的產品,主要使用太陽能來運營一些電力貨車。

圖2:基于氫能的清潔能源系統

燃料電池的系統如圖3所示,燃料電池需要有一個容器,組合起來的話就是這樣,上面是罐、下面是燃料電池,還可以再往上加電池。最后一個就是氫電解系統,其實還可以把更多的罐連接起來。現在是計劃能夠研發這一種開放式的燃料電池系統,而且還可以分拆成單個的,如果需要更多的能源功率強度的話,可以把不同的部分拼接起來,所以這個同樣的系統也可以應用在比如電池堆的生產中。該產品可以應用在自行車、農業和園藝設備上,無人機也是另外一個可以應用的設備,同時還有小的電動車,目前在中歐這個加氫站已經是比較方便的。

圖3:燃料電池系統及其應用

圖4所示為燃料電池家用汽車,Joerj Dieter Weigl表示,他很喜歡這一輛車,現在已經跑了大約有1萬8千公里。而續航里程也比較合理達到了500公里,同時還會有續航里程不足的預警提示,在車速不同時,每一公里氫的消耗量是不同的。能夠達到的最高時速是160公里每小時,雖說這個最高速度相對有一些限制,但其實是沒有影響的。此外,每開一萬公里需要更換空氣過濾器和制冷器過濾器,這個成本可能會稍微有一點高。

圖4:Joerj Dieter Weigl駕駛的燃料電池汽車

氫能燃料電池汽車還有一個非常重要的方面就是加氫,現在歐洲對應乘用車已經有120個加氫站,對家用車公開開放,同時還有50個加氫站正在建設當中,所有的加氫站都提供預先冷卻的氫,壓力是700bar,可以實現5分鐘快充。同時還有一個手機應用,在手機應用上可以得到所有加氫站的精確位置以及它的運行情況。此外,目前加氫的價格在每個國家是固定的,在奧地利加氫就像加油一樣自助去加氫,然后進入到收款臺去付款。

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