奔驰公司甲醇燃料电池汽车发展史
甲醇,又称“木醇”,数千年来,人们通过“蒸馏木材”来获得甲醇这种可以燃烧的液体,可以算是对生物质的“清洁利用”的鼻祖。
而甲醇作为一种燃料,最早是在第二次世界大战后期时,德国的原油供应受到限制,需要用一种新的液体燃料来进行替代,但是就对甲醇进行了大量的研究,尤其是甲醇与过氧化氢的混合液,曾经在战斗机上得到应用。
甲醇再一次作为燃料进入人们的视野是在70年代的石油危机以后。当时作为汽车行业的先锋,德国奔驰公司基于S级轿车平台开发出了一款甲醇内燃机轿车。
郑州无牌宝马z4图一:奔驰公司上世纪70年代研发的甲醇内燃机轿车作为燃料,甲醇受到重视不仅仅限于内燃机,各大主机厂在发展氢燃料电池的过程中,对甲醇的重视度也很高。
1966年的通用公司的第一台燃料电池车,采用了“碱性燃料电池”,车上携带了氢气罐和氧气罐,从空间布置上来讲,气罐占据的体积比较大
图二:通用公司的Electrovan,以碱性燃料电池为动力源真正现代意义上的燃料电池车搭载PEM质子430
交换膜的版本算是奔驰公司的NECAR车。NECAR车有两种诠释法:一个是New Electric CAR,另一个是No Emission CAR,产生这种区别的原因在于是否使用了甲醇作为燃料的来源。Necar系列的车从1994年开始,一共做了5代,和甲醇接下了不解之缘。
第一代的Necar,是基于奔驰公司的MB100的小面包平台,后箱内放置30kW的质子交换膜电堆,续航里程130km,采用高压氢罐,300bar压力的方式。1994年面世的时候,来开了燃料电池研究的序幕。
图三:世界上第一辆PEM燃料电池车Necar 1
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两年以后的Necar 2,进行了新的尝试,将平台换为V系列的平台,这款商务旅行车的车顶被有效利用起来,增加了更多的实用空间。此时,电堆的功率虽然也是50kW,但是燃料电池的系统输出功率已经可以做到45kW,车辆的续航里程也增加到了250km以上。也正是在这一代的产品上,开始意识到,续航里程方面,储氢罐有较大的局限性。于是在Necar 2 的基础上开始进行技术分支,导入甲醇作为氢气的来源。与此同时,也开始计划液氢和纯氢的对比。
图四:Necar 2采用纯氢罐为氢气载体
在1997年推出的Necar 3上,奔驰公司率先使用甲醇重整技术,将甲醇CH4O重整成为H2和CO2, 将氢气导入电堆发电,氢气即产即用。38升的甲醇箱内的甲醇可以支持这辆A 级车行驶300km以上。
图五:使用甲醇作为燃料的Necar 3燃料电池汽车
这辆车的后座部分被用来防止甲醇重整的装置,电堆被布置在底盘之下。
图六:使用甲醇重整制氢的Necar 3车型
1999年和2000年推出的Necar 4a 和Necar 4同样也是和Necar 3一样的平台,一样的车型,但是它们的氢的储存方式不一样。Necar 4a基于液体储氢的思路,配置了压力为9kg,低温储存箱在零下200多度的氢系统。续航能力达到了450公里以上,充分体现了液体氢的优势。一年以后推出的Necar 4a依旧采用高压氢瓶,在有限的空间里仅能携带2.7kg的氢气,续航里程仅200多公里。
此时的电堆技术已经可以发展到了75kW的等级。
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图六:Necar 4及4a 分别以高压氢罐和液体氢作为燃料
最有跨时代意义的是2000年推出的Necar 5,这款车在Necar 3的基础上有了很大的性能提升,尤其体现在“减体积”方面。电堆依旧依旧被布置在地板之下,重整器、CO去除装置均被扁平化集成在车底之下,功率达到75kW,续航里程在400公里以上。
长安轿车图7 Necar 5内部构造,具备高度的集成化的重整制氢系统
在2002年5月20日至2002年6月4日,3辆Necar 5 从旧金山出发,横跨美国大陆抵达华盛顿,行程5000多公里,从海平面到2600多米的高海拔地区,这批车每500多公里加注一次甲醇,历时14天,完成了测试。项目负责人Ferdinard Panik当时预测到2010年会有部分车辆量产后租给特定人。后来定型的F-Cell 基于B-Class的压缩氢罐类型,供生产了几百台,在德国通过特种租赁的方式进行推广测试。
图8 基于高压氢的奔驰氢燃料电池车F-Cell
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