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盤點:零部件企業助攻“氫車”商業化

發布日期:2019-11-08 15:57
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無論是政策上還是資源配置上,純電動汽車已經成為新能源汽車發展的主流路線,但純電動汽車遇到了兩個問題:續駛里程焦慮、充電時間成本過高。基于此,有著“零排放、支持大載重、長續航、燃料補給快”等美譽的氫燃料電池汽車頗受關注,但“氫車”還不熟路。氫燃料電池車想要全面上路,離不開一批昂貴又硬核的零部件。實際上,除本田、豐田、現代等主機廠已經推出可量產的氫燃料電池車型外,國際零部件巨頭們也在紛紛布局。

博世:燃料電池系統最遲于2022年上市

布局氫燃料電池這事兒,依然要從全球最大的汽車零部件供應商博世說起。早就在這個領域進行前瞻研發的博世,直到2019年5月才公開強調“押寶”燃料電池領域,成立“燃料電池移動解決方案”新部門,并計劃2019年底在無錫建立燃料電池技術中心。

2019年4月,博世與瑞典電堆制造商Powercell結為合作聯盟,雙方將共同開發適合批量生產的質子交換膜(PEM)燃料電池(PEM為目前行業主推的技術之一)。未來,博世將以許可證協議的模式實現該技術的量產,以供應全球汽車市場。這種電堆將完善博世現有燃料電池產品序列,預計最遲于2022年批量上市。

博世認為,商用車市場是燃料電池技術可以得到廣泛應用的最佳領域。在商用車上成功推廣之后,博世燃料電池動力系統也將被越來越多地運用于乘用車領域。博世預測至2030年,全球20%的電動汽車由燃料電池驅動,而未來博世在車用燃料電池的業務規模有望達到數十億歐元。

大陸集團:劍指核心雙極板和系統控制器

大陸集團同樣主動“擁抱”燃料電池。2019年7月,大陸集團與德國開姆尼茨工業大學展開合作,正式啟用燃料電池實驗室。該燃料電池實驗室專用技術設備齊全,除了已安裝大型儲氫罐外,還有一款高性能測試臺,可適用于150kW氫燃料電池動力總成的耐久性測試,為新一代電堆及燃料電池系統的研發奠定了基礎。

針對燃料電池系統成本居高不下的難題,大陸集團在新實驗室重點開展兩個合作項目,其中一個項目是致力于研發新型雙極板,這類金屬板是燃料電池堆的核心部件,負責驅散化學反應所產生的氣體及電流。該項目旨在為量產新款高能量密度的雙極板做準備,并致力于縮小燃料電池的尺寸,盡可能提升整體經濟性。此外,在第二個項目的合作期間,雙方將研發控制器及控制算法,實現燃料電池的高效運行。

佛吉亞:布局儲氫罐只是其一

2019年7月,佛吉亞宣布將在法國成立全球技術中心,致力于投資研發新一代更高效、更輕的高壓儲氫罐,并通過測試中心進一步明確儲氫罐的特征。該技術中心計劃于2020年第二季度起投入運營,總投資約2500萬歐元,包括來自法國政府490萬歐元的補貼。

事實上,佛吉亞很早就在燃料電池領域有布局。2017年5月佛吉亞已從STELIA航天復合材料公司獨家獲得了復合材料儲氫罐的知識產權和工藝技術,具備為燃料電池汽車設計碳纖維復合材料高壓儲氫罐并將其商業化的能力。在2017年9月,佛吉亞與法國CEA(原子能與可替代能源委員會)簽訂五年合作協議,就燃料電池堆技術的研發項目進行合作。

2019年3月,佛吉亞還與米其林簽署合作諒解備忘錄,雙方將建立合資公司,通過雙方現有資源的整合與資產互補,使合資公司在建立短期內即有能力為所有用例提供一系列氫燃料電池系統。

據悉,佛吉亞集團計劃將每年投入1500萬歐元用于燃料電池研發,以期充分激發該項技術在汽車行業中的潛力。佛吉亞已與一家國際知名整車廠商簽署了重要合約,雙方將共同開發燃料電池驅動系統、輕型商用車高壓儲氫系統,預計于2021年初正式投入使用。

舍弗勒:研發金屬雙極板

雙極板是燃料電池電堆重要部件之一,其重量約占電堆的80%,成本約占24%。目前市場上氫燃料電池的雙極板材料有石墨、金屬和復合材料三類。同大陸集團類似,舍弗勒也在積極開發金屬雙極板,并在在2019東京車展上展示。這種金屬雙極板通過薄層金屬板的精確成型及特種材料涂覆而成,把這種金屬雙極板堆疊便形成了燃料電池系統的核心——電堆。

在這項技術的開發中,舍弗勒一方面充分利用公司在材料技術、成型技術和表面處理等方面的傳統核心技術,另一方面還不斷拓展包括電子控制系統、特種氣膜軸承、智能熱管理模塊及被動式氫氣再循環組件等產品。

『舍弗勒開發的燃料電池堆金屬雙極板』

舍弗勒集團首席技術官烏維·瓦格納表示:“在解決全球碳排放問題方面,僅依賴電池驅動的車輛還不夠,我們還需要新的儲能系統。氫燃料電池汽車可以解決里程焦慮問題,它不但在重型貨車領域可以發揮關鍵作用,對于乘用車來說,氫與電池相結合的混合儲能系統也是一種頗具吸引力的解決方案。”

麥格納:燃料電池也可以“增程式”

麥格納子公司麥格納斯泰爾曾在2017年推出氫燃料電池增程式概念車,在今年9月舉辦的麥格納技術媒體日上,這款概念車在中國首秀。相比豐田Mirai,這款概念車實現了全輪驅動和插電式混合動力的方案,混合動力電池用于短途行駛,燃料電池系統則發揮增程的作用。另外,名為HyRange25 System的縱軸燃料電池反應堆,還實現了車頭小型化的布局方案。

『麥格納氫燃料電池增程式概念車』

愛爾鈴克鈴爾:蘇州籌建燃料電池實驗室和生產線

2019上海車展上,愛爾鈴克鈴爾展示了一款基于金屬雙極板,適用于乘用車和商用車的全新質子交換膜燃料電池堆——NM12。據悉,愛爾鈴克鈴爾目前有超過100名員工從事電堆和部件的研發、測試和驗證工作,位于德國總部的自動化生產線擁有每年1.5萬-2萬套生產能力,能自主生產金屬雙極板和塑料介質模塊等關鍵組件,可提供完整的電池堆、模組和系統。

值得一提的是,愛爾鈴克鈴爾在中國的燃料電池業務也已啟動,新成立的蘇州燃料電池測試實驗室預計于2019年第二季度投入使用,并計劃2020年底在蘇州工廠二期項目中建立燃料電池全自動組裝生產線,目前已經有超過20個燃料電池整車配套項目正在開發中。

『愛爾鈴克鈴爾的低溫燃料電池堆』

電裝/愛信精機/豐田紡織:豐田Mirai背后的供應商

豐田Mirai氫燃料電池汽車發展的背后由日本諸多本土供應商所支持。以豐田首款氫燃料電池汽車Mirai為例,電裝為這款車提供了諸多零部件,比如冷卻系統中的散熱器、水泵、節溫器(三通閥)等,加氫系統中的氫罐、壓力傳感器、紅外線發射器等;愛信精機則為其燃料電池系統開發了空氣閥門模塊和電堆端板等;豐田紡織提供燃料電池電堆內的分離器、歧管,以及離子交換器等產品。

『豐田Mirai氫燃料電池車』

馬勒:發揮熱管理技術優勢 研發空氣供應和冷卻系統

2019年8月,德國馬勒集團整合了不同開發領域的專業能力和資源,創建了“燃料電池項目部”,集中應對所有燃料電池相關話題。

在技術維度,無論是對電池尺寸與燃料電池動力學表現之間相互作用的模擬,亦或是離子交換器與熱交換器開發過程的相輔相成,對于實現燃料電池汽車的安全性起著重要的作用。其中,空氣管路(也稱為陰極空氣供應系統)是燃料電池外圍系統的核心之一,由于其復雜的相互關系只能通過精密模擬來預測。馬勒可以依靠其熱管理、空氣與液體管理和過濾等領域的各方之力,根據模擬結果的分析結論來確定外圍零部件的設計方案,從而為車輛實現成本優化。

『馬勒的燃料電池堆監控器』

同時,馬勒也正研發應用于商用車的燃料電池熱管理技術。針對燃料電池冷卻系統的復雜性,馬勒為電池、電力電子元件、電動機溫度控制開發了可量產的系統化解決方案。其中,燃料電池監控器可以持續監控燃料電池的電壓、溫度和工作表現,確保效率和可靠性。

蓋瑞特:兩級電動壓縮機已經市場化

對于氫燃料電池汽車而言,空氣增壓是車載動力系統的關鍵性技術之一。蓋瑞特的兩級電動壓縮機已搭載在本田Clarity燃料電池汽車上,該系統還采用了差異化的技術設計,例如空氣軸承應用,杜絕了壓縮機中的任何油脂污染,也減低了燃料電池受污染的相關風險。如今,蓋瑞特的這款氫燃料電池電動壓縮機已經規劃到了第三代,計劃在2025年實現量產。迄今為止,蓋瑞特參與了10多個OEM項目,為氫燃料電池汽車開發電動壓縮機。

編輯有話說:

現階段,氫燃料電池車仍然面臨技術成本較高、基礎設施建設不完善等問題,因此還未得到商業化普及。事實上,氫燃料電池汽車的產業鏈非常長,很多核心問題出現在上游,眾多零部件企業積極將有助于種種就技術壁壘的突破,并降低氫燃料電池車的量產成本,形成規模效應。實際上,國內也有眾多企業儲備了相關技術,或是自主研發,或是全球化資源整合。

眼下,氫燃料電池車能否真正走入百姓家,或許正相當于2008年開端的純電動汽車格局,誰也不會想到10年后,純電動車的發展已經超乎了所有人的想象。相比純電動汽車,氫燃料電池車是否更值得用戶期待呢?(文/汽車之家 彭斐)

本文來源:汽車之家編輯:梁亞玲

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