汽車發(fā)動(dòng)機(jī)概論-論文-新能源汽車(編輯修改稿)
2025-07-21 21:53 本頁(yè)面
【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 金儲(chǔ)存的氫氣等。 壓縮氫氣FCEV采用的壓縮氫氣用纖維增強(qiáng)的高壓密封容器儲(chǔ)存，以保證氫氣儲(chǔ)存的安全性。我國(guó)用普通鋼材制造的罐體氫氣壓力約為15 MPa，氫氣的質(zhì)量?jī)H占儲(chǔ)存容器總質(zhì)量的1％；在國(guó)外用特制高強(qiáng)度奧氏體鋼材制造的罐體，氫氣壓力n1,12鱉2535 MPa，氫氣的質(zhì)量占總質(zhì)量的2％～6％。目前大多數(shù)FCEV采用了壓縮氫氣。壓縮氫氣的容器，要求強(qiáng)度高，結(jié)構(gòu)復(fù)雜、體積大、質(zhì)量重，安全性差，罐裝時(shí)能耗大。轎車一般將壓縮氫氣儲(chǔ)存罐(圖6)裝在底盤后部，客車一般將壓縮氫氣儲(chǔ)存罐裝在車身的頂部。不同壓力的氫氣對(duì)儲(chǔ)存罐的容積有不同的要求。例如：排量為3 L，質(zhì)量為1 500 kg的FCEV行駛560 km需要6．8 kg的氫氣。如果壓縮氫氣的壓縮壓力為25 MPa，則需要?dú)錃夤薜娜莘e為340 L，如果壓縮氫氣的壓縮壓力為52 MPa，則需要?dú)錃夤薜娜莘e為160 L，但同類型的內(nèi)燃機(jī)汽車的汽油箱的容積僅僅70 L。氫氣的灌裝需要復(fù)雜的灌裝設(shè)備，灌裝時(shí)間也很長(zhǎng)，還需要消耗一定的能量。在同類型的內(nèi)燃機(jī)汽車灌裝一箱汽油時(shí)，不需要特殊設(shè)備，只需要幾分鐘。 液化氫氣液化氫氣具有最高儲(chǔ)存密度，但需要采用高壓一超低溫技術(shù)來保持氫氣呈液態(tài)。液態(tài)氫氣的溫度保持在一253 oC的低溫時(shí)，可以在1 mL的容積內(nèi)儲(chǔ)存800 mL氫氣。液態(tài)氫儲(chǔ)存在特制的用碳纖維增強(qiáng)、雙層金屬或塑料內(nèi)襯、耐爆破壓力達(dá)到94．8 MPa的圓柱形的儲(chǔ)氫罐中(圖7)，在罐壁之間要抽成真空，以減少熱傳導(dǎo)，如果出現(xiàn)細(xì)微熱量的熱傳導(dǎo)，也會(huì)使液態(tài)氫蒸發(fā)而造成能量損失。高壓儲(chǔ)氫罐的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，管理和維護(hù)比較困難。 儲(chǔ)氫合金儲(chǔ)存的氫氣氫吸附合金有：FeTiHMgHLaNi5HNaBH。、活性炭、碳納米管等材料。一般吸附合金可能的儲(chǔ)藏氫的量為10001100 mL。日本所開發(fā)的鈦基吸附合金氫的儲(chǔ)藏量達(dá)到1 600 mL。在冷卻狀態(tài)和10 MPa的壓力下壓人氫氣，在使用時(shí)加熱將氫釋放出來。美國(guó)ECD(Energy Conversion Devices)公司所開發(fā)的鎂基吸附合金，氫的儲(chǔ)藏量可達(dá)到3 500 mL。戴一克汽車公司采用世紀(jì)電池公司Millennium Cell開發(fā)的NaBH4氫吸附合金安全可靠，一次充氫后續(xù)駛里程達(dá)至U483 km。碳納米管吸附材料有較大的吸附能力，還有待進(jìn)一步開發(fā)。吸附合金的儲(chǔ)氫裝置如圖8所示。 氫氣燃料的特點(diǎn) 優(yōu)點(diǎn)氫氣是燃料電池最理想的燃料，純度高，在FCEV上可以直接使用，用氫氣為燃料的燃料電池系統(tǒng)設(shè)備較簡(jiǎn)單，起動(dòng)快、性能穩(wěn)定，對(duì)負(fù)荷變化的響應(yīng)快，排放為零污染，相對(duì)成本較低。隨著氫氣儲(chǔ)存裝置的改進(jìn)，氫氣儲(chǔ)存裝置在FCEV上的布置問題將進(jìn)一步得到解決。按轎車或客車車型的不同，用高壓氣態(tài)氫氣，一般一次充氫的行駛里程200～250 km。用液態(tài)氫一次充氫的行駛里程可達(dá)400500 km。．IN儲(chǔ)氫合金一次充氫的行駛里程可達(dá)400 km左右。 缺點(diǎn)工廠化地面固定的制氫系統(tǒng)是一個(gè)龐大、復(fù)雜的系統(tǒng)工程，需要建立大規(guī)模的氫氣制造廠、灌裝廠、運(yùn)輸系統(tǒng)、儲(chǔ)存系統(tǒng)和添加網(wǎng)絡(luò)，以及系統(tǒng)的安全防護(hù)體系等，建立起來需要大量的投資和較長(zhǎng)的時(shí)間。 車載移動(dòng)的制氫系統(tǒng)在FCEV研究和開發(fā)過程中，車載移動(dòng)的制氫系統(tǒng)是用醇類或烴類經(jīng)過改質(zhì)來取氫氣。最常采用的是甲醇和汽油。 甲醇CH3OH用天然氣為原料生產(chǎn)的甲醇，具有單一的成分和高純度，可以在較低的溫度條件下改質(zhì)為氫氣，使改質(zhì)工藝和設(shè)備簡(jiǎn)化。甲醇的儲(chǔ)存、保管、添加、攜帶和運(yùn)輸都比氫氣方便，采取有效的防腐措施，提高各種管道閥門和泵的防腐蝕能力后，甲醇可以利用現(xiàn)成的汽油儲(chǔ)運(yùn)系統(tǒng)。 甲醇的性能甲醇在室溫和常壓下為液態(tài)，不會(huì)發(fā)生自燃、爆炸，毒性比汽油小，不會(huì)發(fā)生人身中毒現(xiàn)象。甲醇的生產(chǎn)、儲(chǔ)存、保管、充加、攜帶和運(yùn)輸?shù)母鱾€(gè)環(huán)節(jié)不需要特別的儲(chǔ)存和運(yùn)載裝置。甲醇分子結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，氫一碳比例最高，沒有難以分離的碳一碳原子共價(jià)鍵，比其他醇類燃料更容易釋放氫。不需要對(duì)燃料進(jìn)行二次轉(zhuǎn)化，能夠減少氮氧化合物(NOx)和碳?xì)浠衔?HC)的排放。甲醇中不含硫，不會(huì)引起燃料電池的催化劑中毒，用甲醇為燃料的燃料電池車的燃油經(jīng)濟(jì)性比傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)的燃油經(jīng)濟(jì)性高2．1～2．5倍。 用甲醇制氫的方法甲醇經(jīng)過改質(zhì)操作后，從碳?xì)浠衔镏蟹纸獬鰵錃?。?dāng)前采用的改質(zhì)技術(shù)有：①蒸氣改質(zhì)技術(shù)；②局部氧化改質(zhì)技術(shù)；③廢氣改質(zhì)技術(shù)等。 甲醇燃料的優(yōu)點(diǎn)a．甲醇可以用天然氣和有機(jī)物生產(chǎn)，擺脫了對(duì)石油的依賴。甲醇不易燃燒，不會(huì)發(fā)生燃燒與爆炸的危險(xiǎn)，安全性好。b．甲醇的改質(zhì)技術(shù)較成熟，改質(zhì)時(shí)操作溫度較低(300 oC)，目前一些燃料專業(yè)公司已有商品化的甲醇改質(zhì)裝備系統(tǒng)出售，適合裝配各種不同的車型。c．甲醇添加速度快，不需要特殊的安全裝置，只要燃料箱有足夠的容量，就可以使FCEV的行駛里程大大地延長(zhǎng)。 甲醇燃料的缺點(diǎn)a．用甲醇制氫的制造裝備復(fù)雜。：(EFCEV上以甲醇改質(zhì)的氫氣為燃料的系統(tǒng)中，增加了甲醇的加熱器和改質(zhì)器，在氫氣中還混雜少量的COz、CO、HC等有害氣體，特別是Co會(huì)對(duì)燃料電池的催化劑鉑Pt產(chǎn)生毒害作用，因此，用甲醇產(chǎn)生的Hz還需要用凈化器來除去CO。整個(gè)改質(zhì)系統(tǒng)裝有較復(fù)雜的泵、閥和管道等附屬裝置，體積大，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，對(duì)FCEV的總布置較困難。b．在改質(zhì)反應(yīng)過程中有300℃的高溫，需要有熱管理系統(tǒng)，對(duì)其產(chǎn)生的熱量進(jìn)行管理。 汽油汽油作為汽車的燃料已有100多年歷史，但作為內(nèi)燃機(jī)汽車的燃料，汽油熱量轉(zhuǎn)換的效率僅為12％～15％。如果將汽油改質(zhì)為氫氣供燃料電池作為燃料，汽油熱量轉(zhuǎn)換的效率可以達(dá)到34％左右。汽油采用和甲醇相似的改質(zhì)裝置與設(shè)備，將汽油經(jīng)過改質(zhì)處理可以獲得氫氣。用汽油改質(zhì)為氫氣作為燃料電池的燃料的特點(diǎn)如下。 優(yōu)點(diǎn)a．汽油已經(jīng)有完善的生產(chǎn)、儲(chǔ)存、保管、運(yùn)輸系統(tǒng)，添加十分方便，不需要重復(fù)進(jìn)行投資。 b．汽油的質(zhì)量比能量高，比甲醇改質(zhì)轉(zhuǎn)換為氫氣所需要的輔助設(shè)備更緊湊和更輕巧。 缺點(diǎn)a．汽油是石化燃料，仍然需要依賴石油能源。b．汽油經(jīng)過改質(zhì)轉(zhuǎn)換為氫氣作為燃料電池的燃料時(shí)
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