關(guān)于最近公布的新能源補(bǔ)貼政策，視線的焦點(diǎn)大多集中在電動(dòng)汽車的補(bǔ)貼。但是氫燃料電池仍然是新能源汽車的重要組成部分，通過長期投資有望在2025年以前完成供應(yīng)鏈的建立。今天讓我們詳細(xì)聊聊沃德十佳現(xiàn)代NEXO氫燃料電池動(dòng)力總成是怎么回事吧。
↑沃德十佳現(xiàn)代NEXO氫燃料電池動(dòng)力總成
什么是氫燃料電池
首先說說什么是氫燃料電池。燃料電池是一種能量轉(zhuǎn)化裝置，它將燃料的電化學(xué)能轉(zhuǎn)化成電能。它類似于電池一樣也是電化學(xué)發(fā)電裝置，因此被稱為燃料電池。對應(yīng)的采用氫氣作為燃料的燃料電池就是氫燃料電池。它可以理解為水電解成氫氣和氧氣的逆反應(yīng)。因此反應(yīng)過程既清潔，又高效。因?yàn)樗皇軅鹘y(tǒng)發(fā)動(dòng)機(jī)采用卡諾循環(huán)42%左右的熱效率限制。氫燃料電池的效率可輕松達(dá)到60%以上。
↑氫燃料電池示意圖
氫燃料電池工作原理是氫氣通過燃料電池的正極當(dāng)中的催化劑（鉑）分解成電子和氫離子（質(zhì)子）。其中質(zhì)子通過質(zhì)子交換膜（Proton Exchange Membrane）到達(dá)負(fù)極和氧氣反應(yīng)變成水和熱量。對應(yīng)的電子則從正極通過外電路流向負(fù)極產(chǎn)生電能。
比如現(xiàn)代NEXO氫燃料電池由400個(gè)燃料電池電芯組成，產(chǎn)生120kW的能量。同時(shí)也因?yàn)槿剂想姵仉娦鞠啾蠕囯姵仉娦緮?shù)量上多很多，且由于電化學(xué)反應(yīng)容易出現(xiàn)負(fù)電壓，因此對電池管理系統(tǒng)提出了特殊的高要求。
↑氫燃料電池工作原理
氫燃料電池工作原理簡單來說分為如下五步：
由氫氣儲(chǔ)罐供氣到前部燃料電池
與空氣中的氧氣混合
燃料電池中氫氣和氧氣通過電化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生電能
將電能輸送給動(dòng)力電機(jī)產(chǎn)生動(dòng)能
電化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生水蒸氣和熱量通過排氣管排出
氫燃料電池汽車現(xiàn)代NEXO的系統(tǒng)組成
↑氫燃料電池汽車現(xiàn)代NEXO系統(tǒng)組成
談到氫燃料電池汽車現(xiàn)代NEXO，采用的是質(zhì)子交換膜燃料電池（PEMFC）技術(shù)。其系統(tǒng)組成為燃料電池堆、41.1加侖(157L)氫氣儲(chǔ)罐、1.56kWh動(dòng)力電池、動(dòng)力控制單元和動(dòng)力電機(jī)組成。最大輸出功率可達(dá)135kW。由于每個(gè)燃料電池單體輸出電壓只有0.6~0.7V，因此需要配合直流升壓轉(zhuǎn)換器和動(dòng)力電池使用。從而讓電壓可以適配650V高壓，驅(qū)動(dòng)動(dòng)力電機(jī)。同時(shí)類似動(dòng)力電池需要電池管理系統(tǒng)BMS，燃料電池也需要精密的監(jiān)控管理系統(tǒng)FCMS，通過放電狀態(tài)快速調(diào)整反應(yīng)相關(guān)參數(shù)。為了儲(chǔ)存氫氣，一般采用70MPa高壓液氫儲(chǔ)罐。
↑氫燃料電池汽車現(xiàn)代NEXO剖視圖
韓國現(xiàn)代專注氫燃料電池汽車的開發(fā)。并且通過長期投入，氫燃料電池汽車NEXO的售價(jià)已壓低至40萬量級。雖然仍然很昂貴，但已屬業(yè)界標(biāo)桿。目前現(xiàn)代NEXO在韓國享受補(bǔ)貼后售價(jià)進(jìn)入20萬人民幣的量級，可見韓國對燃料電池技術(shù)的重視，也幫助NEXO燃料電池車型達(dá)到了4000輛的全球年銷量，遙遙領(lǐng)先其他燃料電池車型。
↑現(xiàn)代NEXO的前艙氫燃料電池系統(tǒng)
從氫燃料電池汽車現(xiàn)代NEXO的剖面展示可以看到，燃料電池系統(tǒng)和配套的動(dòng)力電機(jī)和功率控制單元位于前艙。燃料電池系統(tǒng)由燃料電池堆、熱管理系統(tǒng)、空氣處理系統(tǒng)和燃料處理系統(tǒng)組成。燃料處理系統(tǒng)負(fù)責(zé)將氫氣從儲(chǔ)罐送至燃料電池堆?？諝馓幚硐到y(tǒng)將空氣以適合的壓力和量輸送進(jìn)燃料電池堆。熱管理系統(tǒng)控制流入燃料電池堆的流量和溫度。而燃料電池堆則是氫氣和氧氣電化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生電能的核心。
↑現(xiàn)代NEXO燃料電池系統(tǒng)
由于氫氣是已知密度最小的氣體，氫氣儲(chǔ)罐需要通過高壓來提升存儲(chǔ)氫氣的量。因此現(xiàn)代NEXO采用三個(gè)70MPa高壓液氫儲(chǔ)罐放置在后座下方。特殊的設(shè)計(jì)幫助NEXO在提升氫氣儲(chǔ)量的同時(shí)沒有影響后座和后備箱空間。同時(shí)氫氣的原子量極小，需要通過優(yōu)異的儲(chǔ)罐設(shè)計(jì)防止泄漏。NEXO的儲(chǔ)罐由內(nèi)而外由降低滲透性的襯墊、抗壓力的結(jié)構(gòu)性層、抗沖擊的保護(hù)性層、振動(dòng)吸收的圓頂保護(hù)層、防火層和高強(qiáng)度低腐蝕的噴嘴組成。
↑燃料電池高壓儲(chǔ)罐剖面示意圖
其實(shí)韓國現(xiàn)代的燃料電池系統(tǒng)經(jīng)過了快速迭代，相比第一代應(yīng)用在現(xiàn)代途勝燃料電池系統(tǒng)采用的27.2加侖大儲(chǔ)罐和9.8加侖小儲(chǔ)罐儲(chǔ)存5.63公斤的氫氣，第二代應(yīng)用于NEXO燃料電池系統(tǒng)采用三個(gè)13.8加侖的儲(chǔ)罐來儲(chǔ)存6.33公斤的氫氣。不僅儲(chǔ)罐的體積重量降低了，而且氫氣儲(chǔ)量增加的同時(shí)沒有影響后備箱空間。氫氣儲(chǔ)罐的設(shè)計(jì)成為了燃料電池車型設(shè)計(jì)的重點(diǎn)。
↑現(xiàn)代第一代和第二代燃料電池系統(tǒng)對比
綜上所述，氫燃料電池汽車由于清潔高效的特點(diǎn)正在引起廣泛關(guān)注。但是諸多挑戰(zhàn)仍急需解決。一方面是關(guān)鍵部件質(zhì)子交換膜的成本降低。另一方面是高壓氫氣儲(chǔ)罐的設(shè)計(jì)，再加上加氫站有待普及。希望今天現(xiàn)代NEXO燃料電池動(dòng)力總成介紹能夠幫助大家了解氫燃料電池新能源汽車。
