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现代NEXO燃料电池系统大揭秘
燃料电池汽车 文章来源自:燃料电池干货
2019-09-25 15:39:01 阅读:47889
摘要NEXO的全新热管理系统采用了双向阀门和四向阀门,改善电堆制冷剂温度控制的响应性。

截止2019年6月,现代旗下NEXO燃料电池汽车全球销量已达2495辆。作为韩国推行燃料电池代表之作,NEXO集盲点影像监控、ADAS系统功能(自动泊车、车道追踪辅助等)和氢燃料电池动力系统等众多科技于一身。其燃料电池系统效率60%,NEDC城市工况续航800 km,电堆功率密度3.1 kW/L,-30 ℃低温启动。本文分享现代NEXO燃料电池系统及其部分关键零部件。


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#Because of You


业界共识,韩国推动燃料电池产业化力度不逊于日本。8月27日,韩国青瓦台通过新闻发布会表示,总统文在演选择NEXO为总统专车,并于当天下午进行试乘,以表明最大努力促进氢经济的发展。上一次“总统”试驾事件发生在2015年1月,日本安倍晋三在其首相官邸驾驶丰田Mirai。


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韩国总统文在演试乘NEXO


为向公众全方位展示现代汽车在氢能应用、未来氢社会推进与建设上所做的努力和成果,韩国现代在中国上海搭建了国内首个氢愿景馆—现代氢世界。此外,现代汽车公司表示愿意向全球其他竞争对手出售和开放其氢燃料电池动力系统,以刺激燃料电池技术应用,并且今年确定在华首个氢燃料电池整车项目落户四川。


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NEXO燃料电池动力系统数模


NEXO燃料电池BOP由空气供给系统、氢气供给系统、热管理系统组成,如下图所示。空气供给系统的主要零部件有滤清器、空压机、加湿器、空气截止阀和背压阀等;氢气供给系统的主要零部件有氢气截止阀、氢气供给阀、引射器、吹扫阀、脱水器和排水阀等组成;热管理系统的主要零部件有散热器(风扇)、四向阀、PTC加热器、水泵、COD加热器和双向阀等组成。


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NEXO燃料电池系统拓扑结构

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NEXO燃料电池系统结构角度1

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NEXO燃料电池系统结构角度2


热管理系统


NEXO的全新热管理系统采用了双向阀门和四向阀门,改善电堆制冷剂温度控制的响应性。NEXO燃料电池暖机(电堆加热)循环如下:1.COD(阴极氧消耗)加热电堆制冷剂;2.PTC加热器提供主要热能;3.伴随制冷剂温度升高,PTC加热器功率下降,达到节能效果;4.当制冷剂加热器温度足够提供热量后,关闭PTC加热器。

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热管理系统局构示意


由于NEXO采用新技术开发燃料电池系统,使其在-30℃时只需花费30秒便可反应生电,在此期间车辆行驶所需要的电能,通过车载的高压电池组来提供。电池组容量1.56kW·h,比第一代FCEV车型所用的锂电池组大64%。

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热管理系统局部结构


车内搭载的3.7 kW Air Side PTC(正温度系数)热敏电阻也是快速制热的一大功臣。要加热燃料电池车的座舱,第一步是加热电堆的冷却系统。然后,PTC就会开始为NEXO的座舱快速提供热量。电堆温度升高后,余热产生,PTC的功率下降。据现代汽车公司工程师透露,在瑞士低温环境测试过程中,发现PTC功率可以一直降到零。这也是是首次在燃料电池电动汽车上使用四向阀,可以有效改善NEXO的冷启动性能。


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NEXO瑞士低温环境适应性实车测试(-35℃)


燃料电池堆


NEXO燃料电池堆单体节数为440片,电压范围为255——450V,峰值输出功率为95kW(上一代ix35 FCEV峰值功率100kW)。高压电池组输出功率为40kW,燃料电池系统的总输出功率为135kW(95kW+40kW)。


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NEXO双电堆结构


现代摩比斯(Hyundai Mobis)为NEXO提供了燃料电池组的核心部件膜电极,其中质子交换膜和气体扩散层分别由戈尔和SGL供货。韩国浦项(Posco)公司在与现代钢铁(Hyundai Hysco)公司争夺现代汽车公司燃料电池双极板供应商名单中取得先机,前者已正式为韩国现代汽车公司旗下NEXO燃料电池汽车供应不锈钢无涂层3D多孔双极板基材。有关浦项无涂层3D多孔双极板详细情况,可参考『燃料电池干货』推出的不锈钢3D多孔双极板无涂层?现代NEXO燃料电池汽车神了。


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NEXO无涂层Poss470FC不锈钢双极板(浦项公布)


NEXO空气供给系统


NEXO是一辆行走的空气净化装置,其对PM2.5、可吸入颗粒物的净化率可达99%以上,10万辆NEXO行驶60分钟可以净化供400万人一小时呼吸的空气。


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NEXO空气净化演示

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NEXO空气供应系统


现代NEXO空气供给系统结构与国内主流形式基本一致。其中,空气截止阀控制燃料电池进/出口通道,为现代Kefico制造(背压阀也由Kefico代工)。注意,空进阀和空出阀集成为一个零部件,工作电压8——16V,工作温度-40℃——105℃,开启时间小于1.3s,关闭时间小于2s。

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NEXO空气供应系统流向示意

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NEXO燃料电池系统拓扑结构


此外,加湿器和中冷器集成为一体。PE冷却剂依次流入空压机和加湿器单元,对上述部件散热。

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空气截止阀


氢气供给系统


NEXO氢气供给系统中,氢气进堆压力范围为1.05-2.1 bar。NEXO燃料电池氢气循环方式变成了引射器模式,取代了Tucson燃料电池汽车上的循环泵+引射器方法。

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NEXO氢气供应系统

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