氫燃料電池動力系統(tǒng)的核心技術(shù)
來源：寶鄂實業(yè)
2019-09-23 12:40
點擊量：次
正如電動車當中的電池包一樣，儲氫罐是用來存儲氫氣的設(shè)備，燃料電池反應(yīng)堆是用來把氫氣和氧氣轉(zhuǎn)化成電能和水的設(shè)備。這兩者加在一起，就構(gòu)成了相當于電動汽車的電池包，能夠持續(xù)為電機和整車電器設(shè)備提供電力。
氫燃料電池的好處顯而易見，電力轉(zhuǎn)換效率極高，而且過程中十分安靜，也不會需要大量散熱。這就是為什么豐田Mirai僅僅攜帶 5kg 氫氣就能續(xù)航700公里+的原因。極大的能量密度和極高的能量轉(zhuǎn)換效率，是氫燃料電池最大的特點。燃料電池反應(yīng)堆的核心技術(shù)是質(zhì)子交換膜以及催化劑，這些技術(shù)目前主要被歐美大公司所壟斷，在中國并沒有形成太大規(guī)模的產(chǎn)業(yè)化。所以反應(yīng)堆被列為核心技術(shù)就很容易理解了，那么儲氣罐為什么也是核心技術(shù)呢？
就如同一個大國的裝備制造水平一樣，在工業(yè)和民用領(lǐng)域，密封材料的性能也是衡量一個大國制造業(yè)水平的重要依據(jù)。歐美很多國家對于高性能密封材料的配方和制造工藝是絕對保密的。這就是為什么在傳統(tǒng)汽車領(lǐng)域，那些頂級性能的剎車系統(tǒng)和汽油柴油直噴發(fā)動機的燃油共軌系統(tǒng)都來自于歐美供應(yīng)商，因為它們的核心技術(shù)就是密封技術(shù)。
對于氫燃料電池車也是這樣，要想提高續(xù)航里程就需要多謝帶氫氣，而能夠儲存氫氣的壓力容器對于壓力的承受力，就是能夠攜帶氫氣多少的關(guān)鍵。正因為氫氣的密度很小，所以必須經(jīng)過壓縮甚至是低溫液化后，儲存在壓力容器當中才能獲得足夠的能量密度，容器可承受的壓力越大，單位體積內(nèi)攜帶的氫氣就越多。而容器可承受壓力越大，也意味著對密封性能和抗壓性能的要求越高。豐田Mirai在氫氣儲存方面的性能是世界領(lǐng)先的，并且車型已經(jīng)量產(chǎn)，即便這樣，攜帶5kg的氫氣仍然需要兩個很大的儲氣罐，因此占據(jù)了車內(nèi)后部的很多空間，使得整車在造型上有別于傳統(tǒng)電動車，車尾高度相對較高。
在整個燃料電池車運作的過程中，燃料電池反應(yīng)堆是一個化學(xué)反應(yīng)的場所。它只需要源源不斷的供給少量氫氣就可以持續(xù)工作，如果發(fā)生氫氣泄漏或者安全事故，可以迅速切斷供應(yīng)氫氣的路徑來防止氫氣的燃燒。大家都能想到，最有可能影響燃料電池車安全性的是儲氣罐。
所以在設(shè)計儲氣罐時必須充分考慮安全碰撞問題：一方面儲氣罐的殼體材料需要夠輕，另一方面需要有足夠的強度用于耐受撞擊。因此，儲氫罐一般都是以成本高昂的碳纖維及其它復(fù)合材料組合而成。但是，我們知道，不管用多么堅固的材料制造儲氣罐殼體，也只是在一定的速度條件下，能保障碰撞的安全性。然而實際道路行駛時的速度，肯定要遠高于實驗室做安全碰撞的速度，那么一旦儲氫罐破裂，造成氫氣泄漏與空氣混合在一起是不是就會馬上發(fā)生爆炸呢？
事實上，在儲氫的設(shè)計中都考慮到了這一點。正因為儲氫罐內(nèi)部的氫氣壓力很大，所以在儲氣罐上設(shè)計有緊急泄壓閥，一旦發(fā)生氫氣泄漏或著火，緊急泄壓閥會自動打開并迅速釋放儲氣罐內(nèi)的氫氣。我們知道氫氣的密度比空氣小得多，并且必須與氧氣結(jié)合才能產(chǎn)生燃燒或者爆炸，被高壓釋放的氫氣在靠近儲氣罐的部分由于壓力高流速極快，沒有什么機會與氧氣接觸，而遠離儲氣罐的氫氣由于其密度小的特點，又會迅速的在空氣中上升。即便這個時候空氣當中有明火能夠滿足引燃條件，那么也僅僅只是在空氣上空形成一個火球，并不會對人員造成傷亡。這種高速釋放氫氣的技術(shù)也同樣被應(yīng)用在加氫站的大型儲氣罐之中。
