氫燃料電池新能源汽車現代NEXO

關於最近公佈的新能源補貼政策，視線的焦點大多集中在電動汽車的補貼。但是氫燃料電池仍然是新能源汽車的重要組成部分，通過長期投資有望在2025年以前完成供應鏈的建立。今天讓我們詳細聊聊沃德十佳現代NEXO氫燃料電池動力總成是怎麼回事吧。

↑沃德十佳現代NEXO氫燃料電池動力總成

什麼是氫燃料電池

首先說說什麼是氫燃料電池。燃料電池是一種能量轉化裝置，它將燃料的電化學能轉化成電能。它類似於電池一樣也是電化學發電裝置，因此被稱為燃料電池。對應的採用氫氣作為燃料的燃料電池就是氫燃料電池。它可以理解為水電解成氫氣和氧氣的逆反應。因此反應過程既清潔，又高效。因為它不受傳統發動機採用卡諾循環42%左右的熱效率限制。氫燃料電池的效率可輕鬆達到60%以上。

↑氫燃料電池示意圖

氫燃料電池工作原理是氫氣通過燃料電池的正極當中的催化劑（鉑）分解成電子和氫離子（質子）。其中質子通過質子交換膜（Proton Exchange Membrane）到達負極和氧氣反應變成水和熱量。對應的電子則從正極通過外電路流向負極產生電能。

比如現代NEXO氫燃料電池由400個燃料電池電芯組成，產生120kW的能量。同時也因為燃料電池電芯相比鋰電池電芯數量上多很多，且由於電化學反應容易出現負電壓，因此對電池管理系統提出了特殊的高要求。

↑氫燃料電池工作原理

氫燃料電池工作原理簡單來說分為如下五步：

1. 由氫氣儲罐供氣到前部燃料電池

2. 與空氣中的氧氣混合

3. 燃料電池中氫氣和氧氣通過電化學反應產生電能

4. 將電能輸送給動力電機產生動能

5. 電化學反應產生水蒸氣和熱量通過排氣管排出

氫燃料電池汽車現代NEXO的系統組成

↑氫燃料電池汽車現代NEXO系統組成

談到氫燃料電池汽車現代NEXO，採用的是質子交換膜燃料電池（PEMFC）技術。其系統組成為燃料電池堆、41.1加侖(157L)氫氣儲罐、1.56kWh動力電池、動力控制單元和動力電機組成。最大輸出功率可達135kW。由於每個燃料電池單體輸出電壓只有0.6~0.7V，因此需要配合直流升壓轉換器和動力電池使用。從而讓電壓可以適配650V高壓，驅動動力電機。同時類似動力電池需要電池管理系統BMS，燃料電池也需要精密的監控管理系統FCMS，通過放電狀態快速調整反應相關參數。為了儲存氫氣，一般採用70MPa高壓液氫儲罐。

↑氫燃料電池汽車現代NEXO剖視圖

韓國現代專注氫燃料電池汽車的開發。並且通過長期投入，氫燃料電池汽車NEXO的售價已壓低至40萬量級。雖然仍然很昂貴，但已屬業界標杆。目前現代NEXO在韓國享受補貼後售價進入20萬人民幣的量級，可見韓國對燃料電池技術的重視，也幫助NEXO燃料電池車型達到了4000輛的全球年銷量，遙遙領先其他燃料電池車型。

↑現代NEXO的前艙氫燃料電池系統

從氫燃料電池汽車現代NEXO的剖面展示可以看到，燃料電池系統和配套的動力電機和功率控制單元位於前艙。燃料電池系統由燃料電池堆、熱管理系統、空氣處理系統和燃料處理系統組成。燃料處理系統負責將氫氣從儲罐送至燃料電池堆。空氣處理系統將空氣以適合的壓力和量輸送進燃料電池堆。熱管理系統控制流入燃料電池堆的流量和溫度。而燃料電池堆則是氫氣和氧氣電化學反應產生電能的核心。

↑現代NEXO燃料電池系統

由於氫氣是已知密度最小的氣體，氫氣儲罐需要通過高壓來提升存儲氫氣的量。因此現代NEXO採用三個70MPa高壓液氫儲罐放置在後座下方。特殊的設計幫助NEXO在提升氫氣儲量的同時沒有影響後座和後備箱空間。同時氫氣的原子量極小，需要通過優異的儲罐設計防止洩漏。NEXO的儲罐由內而外由降低滲透性的襯墊、抗壓力的結構性層、抗衝擊的保護性層、振動吸收的圓頂保護層、防火層和高強度低腐蝕的噴嘴組成。

↑燃料電池高壓儲罐剖面示意圖

其實韓國現代的燃料電池系統經過了快速迭代，相比第一代應用在現代途勝燃料電池系統採用的27.2加侖大儲罐和9.8加侖小儲罐儲存5.63公斤的氫氣，第二代應用於NEXO燃料電池系統採用三個13.8加侖的儲罐來儲存6.33公斤的氫氣。不僅儲罐的體積重量降低了，而且氫氣儲量增加的同時沒有影響後備箱空間。氫氣儲罐的設計成為了燃料電池車型設計的重點。

↑現代第一代和第二代燃料電池系統對比

綜上所述，氫燃料電池汽車由於清潔高效的特點正在引起廣泛關注。但是諸多挑戰仍急需解決。一方面是關鍵部件質子交換膜的成本降低。另一方面是高壓氫氣儲罐的設計，再加上加氫站有待普及。希望今天現代NEXO燃料電池動力總成介紹能夠幫助大家瞭解氫燃料電池新能源汽車。