车载储氢系统概述

车载储氢系统作为氢燃料汽车的氢气供应系统,需对其进行安全可靠的控制,才可对氢燃料电池的正常运行提供保障。本文将车载储氢系统的结构、控制、故障判断等方面进行了简要介绍,并对储氢系统中氢气剩余量、续航里程等参数进行实时计算,以供驾驶员参考。

车载储氢技术的发展现状及展望

氢能作为一种无污染的清洁新能源正日益受到重视,氢的存储和运输是氢能发展的关键问题。氢能在汽车上的应用正在得到研究。笔者综述了高压气态储氢技术、金属氢化物储氢技术、物理吸附储氢技术、液态有机化合物储氢技术和低温液态储氢技术的原理,总结了各种技术的优缺点,介绍了其研究现状,并对车载储氢技术的未来发展进行了展望。

车载储氢技术的发展与挑战

研发高效、安全、低成本的车载储氢系统对发展氢燃料电池汽车至关重要,也面临诸多挑战。美国能源部关于车载储氢系统的技术指标不是针对某种特定的储氢方式,而是参照当今使用汽油的轿车性能指标提出的。经过近十年的努力,基于气态、液态和固态的三种车载储氢方式的燃料电池汽车均有许多成功的示范案例。但由于存在不同程度的缺陷与不足,三种储氢方式中尚无一种能同时满足各项指标。高压气态储氢的体积密度偏低,提高压力又会带来安全隐患;液态储氢有自挥发和高成本的问题;基于储氢材料为工作介质的固态储氢尚需研发高性能的轻质储氢材料。笔者评述了国内外在车载储氢技术方面所取得的新成果与新进展。

车载储氢瓶泄漏及车库内通风方式研究

为研究车库内燃料电池汽车氢气意外泄漏后的浓度分布情况,采用ANSYS软件,通过分析可燃性气体体积、水平方向和垂直方向氢气的扩散分布、不同泄漏位置氢气的扩散情况,研究6种不同通风方式对氢气意外泄漏扩散分布的影响,针对车库内氢气泄漏的特性,在通风方式上引入侧墙底部送风和侧墙顶部送风方式。研究结果表明:底部送风能显著加快氢气的扩散和排出。垂直高度上氢气浓度分布不均,侧墙顶部送风能使顶部堆积的氢气向下扩散,降低最大气体浓度;在墙角泄漏会由于墙壁的影响导致氢气堆积,对墙角局部通风尤为重要。研究结果可为氢燃料电池汽车专用车库的通风设计提供重要参考。

车载低温高压复合储氢技术研究现状与挑战

以美国劳伦斯-利弗摩尔国家实验室推出的第3代低温高压复合储氢容器为例,简述容器结构,分析容器储氢密度、休眠期、储氢成本及安全性,讨论其加氢方案,最后指出低温高压复合储氢技术发展面临的挑战。

车载储氢技术研究现状及发展方向

车载储氢技术是研发高效、安全、低成本氢燃料电池车的关键。阐述了高压气态储氢、低温液态储氢、高压低温液态储氢、金属氢化物储氢及有机液体储氢等技术的研究现状,并对其技术特点进行了分析对比。结果表明:各储氢技术已在车载储氢系统中得到应用,其中气态储氢的应用已经商业化,但各储氢技术尚未完全达到美国能源部对车载储氢系统提出的技术要求,中国的技术水平与国外仍有差距。车载储氢技术今后将持续向高质量储氢密度、低成本、方便操作等方向发展。

车载储氢瓶快速充气后气体状态的预测模型

本文依照工程热力学基本理论建立了车载储氢瓶中氢气充入质量与氢气状态参数的预测模型,通过实验数据验证了模型的合理性。利用该模型分析了充氢温度对充气结束后气瓶内填充质量与最终温度的影响和环境温度对充气结束后车载储氢瓶内最终温度的影响。结果表明:车载气瓶内初始压力越低,可填充气体质量随充氢温度的升高其减少率越大,最终温度随充氢温度的升高其温升率越大;车载气瓶内初始压力越低,最终温度随环境温度的升高其温升率越低。同时该预测模型可以针对车载气瓶内不同的初始条件去预测气源氢气所需的最低预冷温度,为目前加氢站的气源氢气温度的控制提供理论依据,进而减少加氢站氢气冷却所需能耗。

一种车载轻质高压金属氢化物复合式储氢罐设计

随着传统化石燃料储量的减少和二氧化碳排放导致的环境问题日益严重,世界各国都在大力发展新能源汽车。氢燃料电池汽车具有"零排放,无污染"的优点,是未来新能源汽车发展的主要方向之一。车载储氢技术是氢燃料电池汽车发展的关键技术。为了满足新能源汽车对于车载储氢技术的要求,基于现有的储氢技术,发明设计了一种车载轻质高压金属氢化物复合式储氢罐。

金属氢化物储氢系统动态建模与性能分析

金属氢化物储氢系统具有体积密度大、安全性高、氢气纯度高等优势,能够满足燃料电池汽车的储氢与供氢需求,是最具发展前景的储氢方式之一。通过建立金属氢化物储氢系统吸收和释放氢气过程动态模型与热交换模型,结合实验测试,研究其在不同反应过程中的动态性能。研究表明:当环境温度在一定范围内,低温有助于氢气吸收,而高温能够提高氢气释放的动力性;增大氢气流速、降低储氢材料体积分数有助于提高氢气吸收与释放效率。

车载高压储氢气瓶国内外标准对比分析

车载高压储氢气瓶产业的大规模发展需要建立有效的产业标准。国内车载高压储氢气瓶的行业标准化能力和生产制造能力均落后于国际前沿水平。对ISO 19881:2018“Gaseous Hydrogen-Land Vehicle Fuel Containers”、GTR 13:2013“Global Technical Regulation on Hydrogen and Fuel Cell Vehicles”、ECE R 134:2015“Uniform Provisions Concerning the Approval of Motor Vehicles and Their Components with Regard to the Safety-related Performance of Hydrogen-fuelled Vehicles(HFCV)”、EU 406:2010“Commission Regulation(EU)No.406/2010 of 26 April 2010 Implementing Regulation(EC)No.79/2009 of the European Parliament and of the Council on Type-approval of Hydrogen-powered Motor Vehicles”、SAE J2579:2013“Standard for Fuel Systems in Fuel Cell and Other Hydrogen Vehicle”及GB/T 35544—2017《车用压缩氢气铝内胆碳纤维全缠绕气瓶》等标准进行了简单介绍,对其从适用范围、型式试验项目、出厂检验项目等方面进行了比较分析,可为国家标准的完善提供参考。

高压气态储氢技术的现状和研究进展

氢能由于其来源多样、清洁、环保、高效等特性,被视为21世纪最具发展潜力的二次能源。由氢能引领的能源变革已然来临[1]。目前氢能产业最受瞩目的应用市场是氢燃料电池汽车。虽然在国家和地方政府的政策支持下,近几年我国氢燃料电池汽车行业得到了迅速的发展,但在产业链中,氢能大规模应用的难点还在于氢气的储运和加注环节。该难题一旦解决,我国氢燃料电池产业将进入大规模市场化阶段。本文围绕氢燃料电池汽车产业链中车载储氢、加氢站储氢、氢气运输三个方面综述当前国内外储氢技术的现状,同时希望能给我国的氢能发展提出了一些建议。

氢能产业发展现状及其对特种设备行业的机遇和挑战

氢能产业目前进入快速发展期,相应的对车载储氢系统、氢能运输、加氢站等基础设施的发展建设提出了迫切需求。对氢能产业发展现状作了综述,并分析了氢能储运用气瓶、压力容器等特种设备在基础理论方面以及材料、设计制造、使用管理、充装卸载、定期检验等环节的技术、产品、服务、法规标准等方面需求,为下一步开展产品研发、科研等工作提供方向指导。

燃料电池汽车用氢的制取及储存技术的现状与发展趋势

考虑目前我国环境治理和清洁燃料开发利用的需要,介绍了我国的制氢技术,对包括新能源制氢在内的几种技术进行了对比;介绍了燃料电池汽车的用氢量,以及国内外几种车载储氢技术的优缺点。预计我国在2025年可实现单瓶6.0 kg级车载储氢能力,储氢压力70 MPa标准,系统成本控制在2000元/kg,随着储气密度的提高,到2030年可控制在1800元/kg。未来氢燃料电池汽车及其相关产业在我国将有广阔发展前景。

车载高质量密度固态储氢材料研究进展

高密度储氢是制约氢燃料电池汽车发展的技术瓶颈之一,相较于高压气态和低温液态等储氢方式,固态储氢体积储氢密度高、安全性好,发展前景良好。分析和总结了燃料电池电动汽车的应用对车载固态储氢的技术要求,包括固态储氢材料的储氢密度、吸放氢动力学、热力学、可逆性、循环寿命、成本以及安全性等;介绍了氢化镁、硼氢化物、铝氢化物、氨基化物等高密度储氢材料的储氢原理及其优缺点,综述了纳米化改性、催化剂改性、元素掺杂改性和构筑复合储氢体系等改善高密度固态储氢材料性能方法,重点评述了采用不同改进措施的氢化镁、硼氢化物、铝氢化物、氨基化物的研究进展。通过分析对比不同体系以及不同改进措施下的固态储氢材料及其性能,总结出研发采用轻质多孔框架材料并配合高效轻质催化剂的复合材料,是改善固态储氢性能的有效途径。

燃料电池重型货车整车开发主要矛盾辨析与应对研究

在我国,中重型货车是温室气体及污染物排放的主要贡献者,加快以柴油为主的中重型货车向电动化转型十分迫切,纯电动与燃料电池是当下最受重视的两条技术路线。纯电动路线在十多年的中短途运输和公共领域中的发展被证明是成功的;燃料电池路线在能量补给、能量密度等方面的优势比纯电动路线更适宜于长途重型货车的应用,目前正处于迅猛发展阶段。然而,以柴油牵引汽车为例,车辆可通过采用大油箱轻松达到3000 km的续驶里程,而当前的燃料电池牵引汽车的续驶里程正努力向500 km迈进,远不能与柴油汽车相比较。鉴于此,基于客户需求视角考虑,当下燃料电池重型货车整车开发的主要矛盾,是过低的车载储氢量带来的续驶里程过低问题,这主要是由氢过低的体积存储密度决定的。提高燃料电池堆和燃料电池系统的能量转化效率虽然有助于提升续驶里程,但其前提是关键材料的技术突破。在当前整车开发中,最大限度地提升车载储氢量,降低辅助系统能耗,提高机械传动与电力电子系统效率,降低车辆行驶消耗更具有现实意义和可操作性。重点介绍在提升车载储氢量和降低车辆空气阻力系数方面的措施,以及对提升续驶里程的影响。按照《节能与新能源汽车技术路线图2.0》的愿景,能够实现燃料电池重型货车到2030年达到800 km的续驶里程的目标。

燃料电池汽车优势及技术现状

面对能源消耗和应对气候变化问题等多重挑战,世界主要国家都把发展燃料电池汽车提升到国家战略高度。我国目前已经初步具备发展氢燃料电池汽车的资源基础、技术积累和市场空间,现需要大力推动发展。氢燃料电池汽车具有动力强劲、安全可靠、经济节能等优势,但目前我国发展氢燃料电池汽车也面临着燃料电池堆、空压机、车载储氢系统等技术较落后的现象需大力政策扶持并加快发展,文章就上述问题进行了详细阐述。