氢燃料电池新能源汽车现代NEXO
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关于最近公布的新能源补贴政策 ， 视线的焦点大多集中在电动汽车的补贴 。 但是氢燃料电池仍然是新能源汽车的重要组成部分 ， 通过长期投资有望在2025年以前完成供应链的建立 。 今天让我们详细聊聊沃德十佳现代NEXO氢燃料电池动力总成是怎么回事吧 。
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↑沃德十佳现代NEXO氢燃料电池动力总成
什么是氢燃料电池
首先说说什么是氢燃料电池 。 燃料电池是一种能量转化装置 ， 它将燃料的电化学能转化成电能 。 它类似于电池一样也是电化学发电装置 ， 因此被称为燃料电池 。 对应的采用氢气作为燃料的燃料电池就是氢燃料电池 。 它可以理解为水电解成氢气和氧气的逆反应 。 因此反应过程既清洁 ， 又高效 。 因为它不受传统发动机采用卡诺循环42%左右的热效率限制 。 氢燃料电池的效率可轻松达到60%以上 。
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↑氢燃料电池示意图
氢燃料电池工作原理是氢气通过燃料电池的正极当中的催化剂（铂）分解成电子和氢离子（质子） 。 其中质子通过质子交换膜（ProtonExchangeMembrane）到达负极和氧气反应变成水和热量 。 对应的电子则从正极通过外电路流向负极产生电能 。
比如现代NEXO氢燃料电池由400个燃料电池电芯组成 ， 产生120kW的能量 。 同时也因为燃料电池电芯相比锂电池电芯数量上多很多 ， 且由于电化学反应容易出现负电压 ， 因此对电池管理系统提出了特殊的高要求 。
↑氢燃料电池工作原理
氢燃料电池工作原理简单来说分为如下五步：
由氢气储罐供气到前部燃料电池
与空气中的氧气混合
燃料电池中氢气和氧气通过电化学反应产生电能
将电能输送给动力电机产生动能
电化学反应产生水蒸气和热量通过排气管排出
氢燃料电池汽车现代NEXO的系统组成
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↑氢燃料电池汽车现代NEXO系统组成
谈到氢燃料电池汽车现代NEXO ， 采用的是质子交换膜燃料电池（PEMFC）技术 。 其系统组成为燃料电池堆、41.1加仑(157L)氢气储罐、1.56kWh动力电池、动力控制单元和动力电机组成 。 最大输出功率可达135kW 。 由于每个燃料电池单体输出电压只有0.6~0.7V ， 因此需要配合直流升压转换器和动力电池使用 。 从而让电压可以适配650V高压 ， 驱动动力电机 。 同时类似动力电池需要电池管理系统BMS ， 燃料电池也需要精密的监控管理系统FCMS ， 通过放电状态快速调整反应相关参数 。 为了储存氢气 ， 一般采用70MPa高压液氢储罐 。
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↑氢燃料电池汽车现代NEXO剖视图
韩国现代专注氢燃料电池汽车的开发 。 并且通过长期投入 ， 氢燃料电池汽车NEXO的售价已压低至40万量级 。 虽然仍然很昂贵 ， 但已属业界标杆 。 目前现代NEXO在韩国享受补贴后售价进入20万人民币的量级 ， 可见韩国对燃料电池技术的重视 ， 也帮助NEXO燃料电池车型达到了4000辆的全球年销量 ， 遥遥领先其他燃料电池车型 。
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↑现代NEXO的前舱氢燃料电池系统
从氢燃料电池汽车现代NEXO的剖面展示可以看到 ， 燃料电池系统和配套的动力电机和功率控制单元位于前舱 。 燃料电池系统由燃料电池堆、热管理系统、空气处理系统和燃料处理系统组成 。 燃料处理系统负责将氢气从储罐送至燃料电池堆 。 空气处理系统将空气以适合的压力和量输送进燃料电池堆 。 热管理系统控制流入燃料电池堆的流量和温度 。 而燃料电池堆则是氢气和氧气电化学反应产生电能的核心 。
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↑现代NEXO燃料电池系统
【氢燃料电池新能源汽车现代NEXO】由于氢气是已知密度最小的气体 ， 氢气储罐需要通过高压来提升存储氢气的量 。 因此现代NEXO采用三个70MPa高压液氢储罐放置在后座下方 。 特殊的设计帮助NEXO在提升氢气储量的同时没有影响后座和后备箱空间 。 同时氢气的原子量极小 ， 需要通过优异的储罐设计防止泄漏 。 NEXO的储罐由内而外由降低渗透性的衬垫、抗压力的结构性层、抗冲击的保护性层、振动吸收的圆顶保护层、防火层和高强度低腐蚀的喷嘴组成 。
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↑燃料电池高压储罐剖面示意图
其实韩国现代的燃料电池系统经过了快速迭代 ， 相比第一代应用在现代途胜燃料电池系统采用的27.2加仑大储罐和9.8加仑小储罐储存5.63公斤的氢气 ， 第二代应用于NEXO燃料电池系统采用三个13.8加仑的储罐来储存6.33公斤的氢气 。 不仅储罐的体积重量降低了 ， 而且氢气储量增加的同时没有影响后备箱空间 。 氢气储罐的设计成为了燃料电池车型设计的重点 。
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↑现代第一代和第二代燃料电池系统对比
综上所述 ， 氢燃料电池汽车由于清洁高效的特点正在引起广泛关注 。 但是诸多挑战仍急需解决 。 一方面是关键部件质子交换膜的成本降低 。 另一方面是高压氢气储罐的设计 ， 再加上加氢站有待普及 。 希望今天现代NEXO燃料电池动力总成介绍能够帮助大家了解氢燃料电池新能源汽车 。
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