氢燃料电池车关键技术——SiC与储氢罐

2018-10-15 19:55:32·  来源:佐思汽车研究  
 
氢燃料电池车是新能源车的终极目标氢燃料电池车没有里程焦虑,氢燃料电池车可以轻易做到综合工况下650公里的续航,大部分传统新能源车都在300公里以下。加大储氢
 

氢燃料电池车是新能源车的终极目标

氢燃料电池车没有里程焦虑,氢燃料电池车可以轻易做到综合工况下650公里的续航,大部分传统新能源车都在300公里以下。加大储氢罐,氢燃料电池车甚至可以超越汽油车。加氢只需要3分钟,和汽油车一样高效。同时可以应对宽温度范围。

氢燃料电池车比汽油车还要安全,作为液体,碳基燃料一旦泄露就会流动散布开来。当传统燃料燃烧时,会产生灰烬,同时辐射大量的热。然而氢却不是这样。氢燃烧时不产生热的灰烬,很少辐射热量。更重要的是,当氢气泄漏时,它不是流动开来,而是迅速挥发散布在大气中,所以它几乎没有时间来燃烧。

氢是地球上取之不尽用之不竭的能源,而且在驱动汽车时,排放的只有水气,没有二氧化碳,是真正的零排放。目前绝大多数电动车仍然需要从电网中获得电能,而中国的电能80%来自燃煤发电厂,燃煤发电厂的污染程度是相当高的。中国有全球最丰富的煤炭资源,这就注定我国的能源格局中,燃煤发电至少在50年内都是电能的主要来源。尽管这几年中国一花独秀地大力推进纯电动车的发展,但是也确信氢燃料电池车是节能减排的终极方案。

按照工信部2016年10月发布的氢燃料电池车发展规划,到2020年,燃料电池车将会达到5000辆,2025年达到5万辆,2030年达到100万辆。同期建设加氢站分别为100座,350座和1000座。

中国发展氢燃料电池车有个突出优势,这就是中国是世界上钢厂、炼化、煤气化厂分布密度最高的国家,所有大中城市周边均有钢厂、炼化或煤气化厂。炼钢和化工行业会产生大量的副产品氢气,这就是焦炉煤气。焦炉煤气提取的氢气成本大约为人民币每公斤30元,远低于汽油的价格。光是在上海钢铁和化工产业产生的氢气副产品,就足以可以支撑40万辆新能源车的行驶;对于山西的话,足以支撑500万辆氢燃料电池车。钢铁工业已经形成一套经过多年安全验证的氢气的储存与运输方式,可以低成本改造为加氢站。

对新能源车来说,电池、VCU、BSM、电机效率都缺乏提升空间,最有提升空间的当属电机驱动部分。而电机驱动部分最核心的元件IGBT则是最需要重视的,IGBT约占电机驱动系统成本的一半,而电机驱动系统占整车成本的15-20%,也就是说IGBT占整车成本的7-10%,是除电池之外成本第二高的元件,也决定了整车的能源效率。

不仅电机驱动要用IGBT,新能源的发电机和空调部分一般也需要IGBT。也正因为IGBT太重要,丰田在开发混合动力车时就认定IGBT管要完全控制在手中,丰田也是全球唯一能够自产IGBT管的汽车厂家(自产,而不是买别人的晶圆再做封装),普锐斯也因此获得强大的生命力,也是目前全球唯一的强混合动力车。

不仅是新能源车,直流充电桩和机车(高铁和地铁)的核心也是IGBT管,直流充电桩30%的原材料成本就是IGBT。电力机车一般需要 500 个 IGBT 模块,动车组需要超过 100 个 IGBT 模块,一节地铁需要 50-80 个 IGBT 模块。

特斯拉成本节约之处

特斯拉Model X使用132个IGBT管,由英飞凌提供,其中后电机为96个,前电机为36个,每个单管的价格大约4-5美元,合计大约650美元。如果改用模块的话,估计需要12-16个模块,成本大约1200-1600美元。特斯拉使用单管的原因主要是成本。

Si IGBT向SiC MOSFET转换

SiC PCU

丰田内部完成SiC元件所有工序

混动上也大量使用SiC

 

特斯拉Model 3长续航的奥秘

特斯拉与SiC

特斯拉是继丰田后第二家使用全SiC功率模块的车企,工程设计部门直接与意法半导体的合作,特斯拉逆变器由24个1-in-1功率模块组成,这些模块组装在针翅式散热器上。如图所示,实际的连接还有很多的细节,在拆解过程中发现,为了有效的做好这些连接,使用了大量的激光焊接的工艺,来把MOSFET与铜母线相连。

 

SiC在氢燃料车上

 

成本逐渐降低

 

分享到:
 
反对 0 举报 0 收藏 0 评论 0
沪ICP备11026620号