美梦成真?

燃料电池持续引起汽车制造商的关注

电动汽车面临着诸多挑战,包括电池容量和充电基础设施问题。因此,紧随亚洲汽车制造商的步伐,欧洲汽车制造商也越来越多地致力于氢燃料电池的研究和开发。

氢燃料电池可解决长距离行驶充电过久的问题,在所需氢能可再生的情况下,这类燃料电池可获得积极的生态效应。燃料电池中氢和氧聚合后,化学反应中产生的能量可用于驱动电机,其性能与电池供电相差无几。这让电动汽车驾驶者能够获得极大的驾驶乐趣,汽车充能只需要几分钟时间,驾驶体验的中断时间很短,即便在更长的行驶路线上也能够体验这种乐趣。该反应的唯一残留物是从排气中外溢的一些水蒸气,排气管由一根简单的塑料管做成。

系统互补

燃料电池车辆基本上也通过电驱动,只不过驱动所需的能源在燃料电池中直接产生。尽管目前的燃料电池汽车依旧需要额外的电池,但所安装的电池可能比纯电动汽车的常规动力电池要小。燃料电池车辆启动后,仅在加速情况下或减速回收能量时才需要额外电池工作。纯电池驱动电动车辆的缺点在于电池笨重且昂贵,而且充电时间相对较长,因此更适合于小型车辆和较短的行驶距离。目前,电池驱动并不适合长途运输的重型卡车。而这个领域恰恰是燃料电池的优势所在:重量轻,要求空间小,加氢时间短。因此,燃料电池更适用于大型乘用车、公交车和商用车,是纯电池电动车的理想补充。

浓厚的兴趣

大量论点说明了为什么德国汽车制造商紧随亚洲汽车制造商脚步,纷纷进入这一新兴市场,比如梅赛德斯·奔驰推出了GLC燃料电池汽车。但若缺少必要的燃料,人们依旧无法获得电动驾驶和环保驾驶的乐趣。应用程序“H2.LIVE”的数据令人印象深刻,说明了加氢站网络密度的日渐提升。给汽车加氢的速度几乎与加注传统燃料一样快。皮尔博格的前期研发部门负责人迈克尔·贝克尔(Michael Becker)说:“我们发现汽车制造商对这一市场的兴趣正逐步增强,这项技术适用于大型乘用车,也越来越多地应用于卡车和公交车。”皮尔博格目前收到了来自世界各地的咨询,包括针对固定设备的问询。这类固定设备以热电联产的形式使用燃料电池,为建筑物供热和解决能源供应。

皮尔博格自二十世纪九十年代开始致力于燃料电池的研发

咨询需求的接踵而至并不是一个巧合。 自二十世纪九十年代以来,皮尔博格便一直致力于燃料电池组件的开发。如今,公司可提供全面的产品组合,包括为小型发电企业提供氢气(阳极)和氧气侧(阴极)产品,以及这项前瞻性技术的热管理。整个开发过程也清楚地表明,皮尔博格在内燃机技术方面的常年经验和对车辆系统的了解,有助于企业面对新技术的挑战。核心能力首先包括供气和泵的能力领域以及执行器和阀门。部分领域是非常敏感的任务领域,但在燃料电池驱动器的开发过程中必不可缺。

皮尔博格的阴极阀

阴极阀用于调节新鲜空气和废气的体积流量以及控制燃料电池反应堆的高密度阻隔。 为上述应用领域而选择的组合材料可确保设备对氢气和超纯水具有所需的抗性。这一款阴极阀还具有很高的动力储备能力,即便在冰冻条件下也不会出现功能受损的情况。

燃料电池内,去离子水和存在的氢对所用材料,特别是材料的抗性和部件的氢密性提出了特殊要求。皮尔博格目前的开发重点之一是一款氢气循环泵。这一设备的功能在于将反应中未消耗的氢重新输送回燃料电池堆。皮尔博格提供低电压和高电压两种不同型号的氢气循环泵。提高了燃料电池的效率(有效系数),并延长了电池的使用寿命。另外,通过在电池中实现氢的均匀分布,也可改善车辆的冷启动性能。

然而,这些还不够。皮尔博格也在冷却水泵领域融入了自身的专业知识。皮尔博格为冷却回路提供高压和低压电动泵。德国的一家汽车制造商已经在其燃料电池汽车中使用了12伏型号的电子泵。

一款燃料电池汽车中已经使用了12伏型号的电子冷却水泵

近期,公司获得了为一家制造商生产阴极阀的订单。位于德国柏林的皮尔博格工厂所开发的这一创新型电动阀系统将用于控制新鲜空气和排气的流量,以及控制燃料电池反应堆的高密度阻隔。该系统将从2022年起投入应用。

迈克尔·贝克尔, 皮尔博格前期研发部门负责人

访谈

为何燃料电池越来越热门?

当然存在各方面的原因。当前研发工作的重点正转向大型乘用车、卡车和公交车的研究。一定程度上,这一趋势归因于欧洲针对卡车的新法规。二氧化碳的排放量至2030年必须下降30%。 没有新技术的话,我们将无法达成目标。燃料电池适用于商用车领域,也能应用于短途公交。我们这里已经有燃料电池火车和公共汽车的应用案例。

燃料电池的销售量短期内将有什么变化?

市场专家认为,从下一个十年的中期开始,我们将看到燃料电池市场巨大的年增长量。根据保守估计,到2030年,全球将生产约200万辆燃料电池汽车。亚洲和欧洲将成为领先市场。2020年的东京夏季奥运会和2022年的北京冬季奥运会将为市场发展带来巨大的推动力。 这些大型赛事活动的运输基础设施将大部分基于氢能。

在您看来,燃料电池和电池驱动的电动汽车相比具有哪些优势?

除了加气时间短之外,燃料电池针对于电池驱动的纯电动汽车还具有一些其他的优势。燃料电池汽车的续航里程更长,重量更轻,也能节省更多的空间。 即便在寒冷的温度条件下,燃料电池仍能在冬季不受限制地正常工作。您在驾驶燃料电池汽车时,可自由打开空调和暖气,不必担心续航里程受到影响。 在上述领域,燃料电池汽车肯定优于纯电池的汽车。

在您看来,若要提高燃料电池的市场竞争力,需在哪些领域重点努力?

我认为有三件事很重要: 一方面,氢的生产必须始终是可再生的,只有这样,才能真正实现所需的生态效果。我们选择只在常规能耗低的时段使用风力涡轮机所产生的电能,若我们在这个时段不使用这些电力,风力涡轮机就会被关闭。这种情况下,氢能可以也应该扮演能源储存器的角色。另外,我们还需进一步加强加氢站的基础设施建设工作,目前有各类公共资助项目也致力于此。 最后,降低成本当然也很关键,只有这样做才能让燃料电池汽车对消费者更具有吸引力。 一旦有了相应的“规模经济”,未来成就可期。