氫燃料電池汽車核心:燃料電池發動機系統

 
樓主   帖子創建時間:  2022-06-28 10:41 回復:0 關注量:153

根據《中國氫能源及燃料電池產業白皮書》,氫能將成為中國能源體系重要組成部分,2050年能源體系中占比約10%,氫氣需求量達6000萬噸,加氫站10000座以上,氫燃料汽車產量達500萬輛/年,行業發展前景廣闊。


截至2020年底,全球氫燃料電池汽車保有量為32535輛,同比增長38%,韓國保有量達10906輛,位居全球第一,美國為8931輛,我國氫燃料電池汽車保有量為7352輛排第三。#氫燃料汽車#



燃料電池汽車核心關鍵部件或材料主要包括發動機、電堆和膜電極。


從成本上看,燃料電池電堆約占燃料電池發動機的55%,而膜電極約占燃料電池電堆的65%。


2020年,燃料電池商用車價格約為200萬/輛,隨著燃料電池系統生產規模化與燃料電池電堆核心零部件國產化,預計燃料電池汽車銷售價格將以每年10%的幅度下降。



燃料電池發動機系統:氫燃料電池汽車核心

氫燃料電池汽車的核心為燃料電池發動機系統,關系著整車運行的安全性,對燃料電池汽車是否具備成熟、可靠的性能表現具有重要影響。


燃料電池發動機主要部件包括電堆、發動機控制器、氫氣供給系統、空氣供給系統等。



燃料電池電堆

燃料電池電堆是發動機系統的核心部件,是燃料電池發動機的動力來源,對燃料電池發動機的關鍵性能和成本具有較大的影響。


電堆的主要材料包括膜電極、雙極板、端板等,其中膜電極是燃料電池電堆的核心部件,對電堆的性能、壽命和成本具有關鍵影響,膜電極又可以分為催化劑、擴散層、質子交換膜等。


隨著終端領域的推廣,電堆產業發展快速。膜電極、雙極板、質子交換膜雖然生產規模較小,但已有國產化能力。



膜電極主要廠商包括騰龍股份、雄韜股份、美錦能源等;雙極板和擴散板主要企業有安泰科技等;質子膜主要廠商有東岳股份等;催化劑主要公司有貴研鉑業和華昌化工等。



氫氣供給系統

供氫系統將氫從氫氣罐輸送到燃料電池電堆,由空氣過濾器、空氣壓縮機和加濕器組成的供氣系統為燃料電池堆提供氧氣,水熱管理系統采用獨立的水和冷卻劑回路來消除廢熱和反應產物(水)。


在供氫系統中,空壓機是車用燃料電池發動機的“肺”,提供電堆反應所需的氧氣。


空壓機主要由電機及其控制器、空氣泵及輔助部件組成。


從相關企業布局情情況來看,國家電投正在建設中關村延慶氫能產業園,一期延慶園加氫站、二期冬奧配套制氫站已建成,三期研發測試區計劃今年開工建設。其中,一期加氫站每天可為60輛氫燃料客車或200輛中小型氫燃料車輛提供加氫保障。北京冬奧期間,將根據需要提升加氫保障能力。


雪人股份以空氣壓縮系統技術為依托,業務延伸至燃料電池空氣供應系統,擁有空壓機、氫循環泵以及燃料電池發動機等產品,已向宇通客車,東風汽車等21家整車和發動機企業提供核心部件空壓機。


漢鐘精機、廣順新能源、伯肯節能、金通靈氫能、嘉興德燃動力和毅合捷等企業都在積極布局空壓機產品。



氫循環泵

為保證燃料電池穩定高效運行,同時提高氫氣利用率,通常采用氫氣循環的方法,即氫氣把電堆內部生成的水帶出后,經水氣分離裝置將液態水分離,再將氫氣循環送回到電堆陽極重復使用,同時對新鮮氫氣進行加濕。


傳統循環泵在涉氫涉水環境下,易發生“氫脆”,氫循環泵在結構和材料的設計上不同于傳統循環泵,技術難度要高很多,氫循環泵需要具備密封設計好(氫氣容易泄露)、耐水性強(經過電堆反應后剩余的氫氣帶有少量水蒸氣)、流量大(適應大功率電堆)、壓力輸出穩定(低壓轉為高壓)、無油(保證氫氣純度)等特點。


氫循環泵難度較大,目前國內產品處于研發驗證階段,尚不成熟,國內系統企業主要是進口德國普旭氫循環泵,普旭在中國市占率達到90% 。


國內企業涉足氫氣循環泵的主要有雪人股份、大洋電機、思科渦旋、艾爾航空、漢鐘精機、濟南思明特、浙江恒友、伯肯節能等。



燃料電池汽車發動機市場格局

從國市場格局來看,行業目前屬于寡頭競爭,CR5占比50%。


據《新能源汽車推廣應用推薦車型目錄》數據顯示,目前被納入目錄的燃料電池商用車型共185款,億華通燃料電池發動機系統的配套商用車車型共計37款,占比為20.00%,屬于國內唯一一家既具備自主研發能力又市場份額超前的燃料電池企業。


大洋電機氫燃料電池發動機產品成熟度及可靠性在行業內處于領先地位,公司完成了30kW-81kW系列氫燃料電池發動機的第三方認證(含冷啟動),并已完成110kW-120kW燃料電池發動機樣品的開發,正在進行性能和可靠性驗證。


燃料電池汽車發動機系統主要供應商還包括國鴻氫能、雄韞股份、上海重塑、江蘇清能、愛德曼、濰柴動力、泰羅思、武漢眾宇、新源動力、廣東鴻運、氫藍時代、弗爾賽和明天氫能等。



整體而言,目前我國燃料電池發動機系統關鍵材料和部件供應鏈基礎仍較為薄弱,產業鏈總體尚未形成較為穩定的零部件供應體系,全面國產化尚需一定時間。


日本、美國等國家在氫能與燃料電池領域歷經數十年的發展,技術發展階段與產業化程度整體領先我國。


近年來,國內燃料電池企業也國際間合作較多,與豐田汽車、Ballard、Hydrogenics等國際領先燃料電池企業開展戰略合作,采取包括技術授權、股權投資、合作研發等方式不斷加快技術進步、推進產品量產和提升行業影響力。


 
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