贾跃亭的电动车创业公司Faraday Future(以下简称为FF)又一次走到了悬崖边。不知道FF的未来会是如何,但我们今天的话题放在燃料电池上。
燃料电池汽车( FCV) 是一种用车载燃料电池装置产生的电力作为动力的汽车。车载燃料电池装置所使用的燃料为高纯度氢气或含氢燃料经重整所得到的高含氢重整气。与通常的电动汽车比较, 其动力方面的不同在于FCV 用的电力来自车载燃料电池装置, 电动汽车所用的电力来自由电网充电的蓄电池。因此, FCV 的关键是燃料电池。
空气压缩机是车用燃料电池阴极供气系统的重要部件,通过对进堆空气进行增压,可以提高燃料电池的功率密度和效率,减小燃料电池系统的尺寸。但空压机的寄生功耗很大,约占燃料电池辅助功耗的80%,其性能直接影响燃料电池系统的效率、紧凑性和水平衡特性。因此,各国的燃料电池项目对空压机的研究都非常重视。
根据电堆的输出功率,为燃料电池提供所需压力和流量的干净空气。在空气供应系统中,空气的压力和流量对燃料电池系统的性能(能量密度、系统效率、水平衡和热损失),成本和电堆的尺寸等有很大的影响。
高压燃料电池系统不仅能提高电堆的效率和功率密度,同时还能够改善系统的水平衡,如图1所示。
为实现较高的能量转换效率,燃料电池内部的化学反应对空气的温度、湿度、压力和流量等参数有着严格的要求。但目前广泛应用的工业压缩机无法满足燃料电池对空气的要求。因此设计一个性能优越并能很好地与燃料电池系统进行匹配的压缩机,对于燃料电池的发展至关重要。
适用于燃料电池的空压机需要满足以下要求:
(1)无油。润滑油会使电堆发生中毒,因此空压机需要采用水润滑轴承或空气轴承;
(2)高效。空压机的寄生功率巨大,其效率直接影响着燃料电池系统的性能;
(3)小型化和低成本。燃料电池受其功率密度和成本的限制,小型化和低成本有助于燃料电池汽车的产业化;
(4)低噪声。空压机是燃料电池系统最大的噪声源之一,空压机的噪声必须被控制;
(5)喘振线在小流量区。可以实现燃料电池在小流量高压比工况下高效地运行;
(6)良好的动态响应能力。当需求功率发生变化时,空气流量和压力需无延迟地进行调整,以跟踪输出功率的变化。