层流质量流量计在氢燃料电池汽车检测行业的应用
小德喵喵 2021-11-8原创 仪器仪表
中文摘要
汽车电池性能测试
关键词
氢燃料电池汽车性能测试

氢燃料电池汽车目前属于国家大力支持的新能源产业,氢燃料电池汽车的优点:一是电池的比能量高,特别适合载重车;二是续航里程大且加氢时间短,驾驶舒适性可媲美燃油车;三是真正实现“零碳排放”。但目前氢燃料电池车的普及还存在较大的困难,阻碍其大规模发展的因素:一、氢燃料电池发动机价格高,导致整车价格高于燃油车和锂电池车;二、加氢站建设费用高;三、加氢费用高,行车成本高于燃油车。但是氢能汽车有着非常好的前景,随着技术的发展,氢燃料电池汽车的的成本肯定大幅下降。在后续的能源供给中不管是民用领域还是工业领域,都将有着不可小觑的影响,甚至对整个国民经济都有着重要的意义。

这里着重介绍一下层流质量流量计在氢燃料电池汽车检测行业的应用以及优势。

目前涉及到层流质量流量计和层流质量流量控制器的应用有:燃料电池发动机性能测试、燃料电池发动机台架气密性测试、燃料电池电堆气密性测试、燃料电池电堆性能测试等。

其中燃料电池发动机的性能测试主要使用的是大流量的层流质量流量计,这项测试要求流量计量程比较宽,精度重复性好,响应时间快。而层流质量流量计的量程比是100:1,误差精度在1%RD以下,以及100ms以内的响应时间能很好的满足发动机测试的需要。部分测试条件需要的2Mpa耐压,层流质量流量计也能够很好的满足。

燃料电池电堆性能测试主要使用的是大流量的层流质量流量控制器,具体流量大小一般看的是电堆的功率,而电堆的功率一般都是燃料电池发动机功率的1.2倍,用质量流量控制器主要是为了模拟然后电池发动机的供氢系统。这项测试要求流量控制稳定,响应时间快,而层流质量流量控制器的高重复性以及500ms以内的响应时间能够很好满足测试的需要。

微信图片_20211108154545.jpg

燃料电池发动机测试台架气密性测试、燃料电池电堆气密性测试主要使用小流量质量流量计,其中电堆的流量测试需要由测量电堆片的数量来决定,单片电堆片的泄漏量预计在0.1ml以下,多片测试泄露量=0.1ml*电堆片数量。由于检测电堆片的数量不定,故电堆气密性测试台需要测量的泄漏量量程比较宽,需要多通道测试或者宽量程比流量计。层流质量流量计的微流量款流量计能够测量0.005ml/min-0.5ml/min的气体流量,同时压损极低,响应时间在100ms以内,能够实现燃料电池电堆片批量、快速的检测。部分发动机测试台架气密性测试的高耐压工况,层流质量流量计也能很好的满足。

微信图片_20211108154700.png

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[修改于 2 个月前 - 2021-11-08 16:03:34]

来自:仪器与装备 / 仪器仪表严肃内容:专业科普
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6
westwarded
2个月13天前
1楼

氢燃料汽车如果只从技术上来说。其实没见得比燃油车好到哪里。氢气是二次能源它是要消耗电 石油煤炭来制取。其实燃油也算。但是燃油制取相同热量究竟要消耗多少煤炭石油和电力,从实际价格来看大家都知道。氢燃料如果作为汽车动了燃料其自身特性就决定了它能应用的场景。我们媒体上看得最多就是什么单位质量热值大。燃烧无污染啥的。却完全不知道氢气燃烧的性质非常恶劣。第一,活塞式内燃机模式。氢气是不能压燃,燃点也高,氢气在气缸燃烧不容易产生爆震。你以为就很好比汽油好了?那太天真了,氢气恶虐的是它早燃特性。也就是活塞压缩到还没火花塞点火时候就自己燃烧。为了防止早燃燃烧室结构要优化,发动机气缸燃烧的燃料就不能像汽油那样肆意增多所以你看到目前有车企发布氢燃料内燃机输出功率和扭矩普遍比通排量汽油机要地上不少。至于热效率多高还真跟汽油机查不了多少。真要实际装车跑从燃料生产上算真不一定比燃油车能量效率高。第二,燃料电池模式。先不谈专利材料被日本厂商垄断。先看丰田作为行业的领跑者,二代mirai这台氢燃料电池汽车。轴距2975mm车空重1935kg,电机才输出182马力,300牛米扭矩。燃油的凯美瑞轴距2825mm,2.5l自然吸气。209马力,250牛米。重量1.6吨。作为参考看看凯迪拉克ct5轴距2947mm车重1.7吨左右,动力是涡轮增压就没可比性。再看奥迪A6L,2.0t机器轴距3024mm,重量1.8吨,要是顶配的3.0t机器➕四驱系统1995kg,发动机输出340匹,扭矩500牛米。虽然奥迪定位和价格没法跟mirai比。但是纯看参数。是有对比价值。同样级别同样动力输出的车,纯燃油重量轻了快400kg!同样重量下,燃油车能上更高级别动力系统动力输出差不多翻倍。但是燃料电池有个致命弱点就是汽车日常行驶必须要经常面对的。就是急加速,燃料电池化学反应速率是恒定的。汽车急加速需要突然爆发好几倍的已经运行的功率。这时候燃料电池根本提供不了那么多输出。解决办法要么增加燃料电池体积和重量,要么增加动力电池作为应急高功率输出,燃料电池稳定供电。但是这带来问题就是,第一你都用了动力电池,为何不干脆纯电池。也就是现在的电动。第二你要是增加燃料电池功率,成本,重量代价巨大无比。也不见得能增加多少。这是仅仅从汽车使用场景的最普遍需求来说。

从我学的特种设备操作课上老师说的。从液化石油气加注站实际上用橡胶管就能给多大的罐都能灌装石油气,哪怕老化的橡胶管也能用,橡胶管几千块就非常好。整个加注站几十万成本就非常好了。但是一旦到了天然气加注站,加注阀门,管道就至少要用专用的不锈钢制造的一个加注设备没有百万几乎不可能,一个完整加注站没有几千万根本搞不下来(基本lng加注站是国企搞,还有很多实际上就是投资下去荒废改造成加油站)。主要是设备检修,保养等成本巨大无比。接着就是氢气加注站,目前国内加氢站基本都是政策试点为主,要么靠近园区有含氢废气纯化后液化加注。要么就是用长管钢瓶挂车运过来用,基本国内加氢站都是试点给极个别车使用。氢气最大问题是会穿透材料漏气,而且液化后稳定非常低,需要更高级别特种材料制造。检修啥的比lng站还高。一般加氢站都是加加压到70mp的压缩氢气给汽车钢瓶。如果加液氢,汽车需要附件太多了。燃料电池用不完的氢气,你根本不可能靠汽车吸回去气瓶。只能放掉。商用车还好在露天停车场,家用车在地库就危险了。

氢气还有一个最重要的就是要跟各个工业国家产业中的利用有关。中国是产业里面缺氢气。为啥大家调侃中国三桶油的质量不好。实际上就是炼油设计时候的大型装置,本身为了照顾原油尽快成本,国内氢气供应链,大部分选择催化裂化工艺为主。美国佬的汽油质量好,是因为他们大部分炼油用加氢催化。所以你看他们的汽油有相当大一步都是烷基化调和。日本的氢气对于他们整个国家工业体系来说是多余的。之前看过一些报道好像是丙烷裂解产生氢气这一个副产物。不知道是否属实?

还有就是各大汽车厂商的技术专利和成本之争,也就是吃瓜群众最喜欢的尔虞我诈。实际上却是也是这样,日系厂商手上囤积大量氢燃料相关的专利,基本是闭环了。实际上欧美地区功率状况决定动力比较重要,既然氢气动力那么弱鸡为何不干脆纯电动。所有几大汽车阵营最终决战的战场就是中国市场,只要中国市场用脚投了票,基本就觉得谁死谁活。工信部各种官员被多少人游说没人知道,反正不少,更加不用说市场总局,发改委 财政部科技部这些。

汽车舍弃燃油动力实际上最初行动动机根本不是什么石油不环保,就跟前几天气候大会,400多架私人飞机飞去参加,你以为是各国领导人就太天真了,实际上大部分都是国家金融家。所以什么碳中和,碳达峰就是国际金融家自导自演的戏。为了就是在美元霸权完蛋前找到一个货币之锚。也就是金本位-碳排放。不然马克*卡尼为啥公开承诺他代表450家银行和资产管理公司提供130w亿美元的气候变化资金承诺。背后都是满满生意,根本不是什么环保。

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虎哥
2个月13天前
2楼
引用westwarded发表于1楼的内容
氢燃料汽车如果只从技术上来说。其实没见得比燃油车好到哪里。氢气是二次能源它是要消耗电 石油煤炭来制取...

个人也倾向于认为氢燃料电池在民用车上是没有前景的,只能在特殊领域,局部地区推广。

不过碳排放、气候问题目前已经非常紧迫了,这是个科学问题。

政治经济问题改变不了全球迅速变暖、人类社会和工程难以短时间应对的事实,他只是在解决危机的措施手段方面可以发挥一些作用而已。

比如要不要更快的发展核电?要不要建立全球送电通道,从而解决太阳能发电时空分布不均的问题?

在这里谈阴谋论讲玄学是不适当的。

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拔刀斋
2个月10天前 修改于 2个月10天前
3楼
引用westwarded发表于1楼的内容
氢燃料汽车如果只从技术上来说。其实没见得比燃油车好到哪里。氢气是二次能源它是要消耗电 石油煤炭来制取...

氢加上二氧化碳催化制甲烷的萨巴蒂尔反应(马斯克火星甲烷燃料计划)有80%的效率,而且太阳能按照摩尔定律扩展产能和降价。即使把火电效率算进转化损失打个几折,太阳能平价上网到制氢不超过20年、制氢到制甲烷燃料顶多5~10年。

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拔刀斋
2个月10天前 修改于 2个月10天前
4楼
引用虎哥发表于2楼的内容
个人也倾向于认为氢燃料电池在民用车上是没有前景的,只能在特殊领域,局部地区推广。不过碳排放、气候问题...

气候变化是个科学问题,但“气候”这个词不适用于短期,全球迅速变暖、人类社会和工程难以短时间应对不是事实。

只要30年之内地球气候没有崩溃到冰期降临的级别,就来得及靠太阳能合成燃料(萨巴蒂尔甲烷反应/费托合成油)达到碳中和甚至负碳,同时能源还充足廉价到随便飙燃油车。

话说到时候人类会更加以“感受满意”而不是“生存危机”为主要动机,“把能源气候危机当生存危机”的基建朋克可能跟“把冷战当核大战”的苏联一样结局。

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虎哥
2个月10天前 修改于 2个月10天前
5楼
引用拔刀斋发表于4楼的内容
气候变化是个科学问题,但“气候”这个词不适用于短期,全球迅速变暖、人类社会和工程难以短时间应对不是事...

冰期降临对地球来说是个毛毛雨都算不上的小事件,对生物圈也只能算是闹了一场不大的干旱,但对人类社会就是巨灾。别说冰期事件,像这几年这样稍有偏差都受不了,国际政治圈闹起这事是有道理的,大势是主要的,利益博弈或者阴谋是次要的。

而且小冰期有历史可寻,变暖这事没有多少经验可以借鉴,会发生什么还不是很清楚。在人类有历史记录以来就没有这么暖的时候。人类的经济增长每年不超过5%,这一点零头很容易被抹掉,比如世界大战,比如疫情。

举个简单例子,目前人类的所有布局安排和水利设施都是根据历史经验确定极限的。如果隔个三五年就来一次所谓十万年一遇的洪水,大家都扛不住。今年河南还只发生了重现概率1%以上的洪水,后果大家都看到了。这些超限导致的损失马上就把那点零头抹去了,跟着就会带来社会格局的剧烈变化。

现代社会,生死不是问题,发展才是问题。如果按生死来考虑问题,或者只要不亡国灭种就不是大事,那确实可以不在乎气候问题。话说回来,政治领袖或许就是这种态度。

但你的技术观点个人认为是对的。就人类目前这点能源利用水平,太阳能搞起来,把火电干下去,问题就解决了。全球有几个地方,比如中国新疆,澳大利亚中部,非洲撒哈拉,美国西部,都是非常适合太阳能发电的,并且他们刚好能构成24小时不间断的能源网。每1千平方公里就有1亿千瓦发电能力,而这几个地方都能拿出超过10万平方公里的土地。至于用远距离直流输电还是就地制氢制甲烷循环发电或者电池储能,取决于经济效益和国际政治安全环境。

现在中国搞的热备用火电站是有利于这种模式的。太阳能充足、正常的时候用太阳能,但异常天气、出故障或受到攻击的风险也很大,那么此时就投入火电。新建太阳能电厂,必须众筹应急备用火电站。这样导致投资成倍增加,但当气候问题紧迫到可以承担这样的成本,那就不是问题了。

当然也可以说这是机遇,万年不遇的那种。毕竟冰期会导致人口大规模减少,而变暖不一定,说不定还能增加,死人只是灾害引起的事故。


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拔刀斋
2个月10天前 修改于 2个月10天前
6楼
引用虎哥发表于5楼的内容
冰期降临对地球来说是个毛毛雨都算不上的小事件,对生物圈也只能算是闹了一场不大的干旱,但对人类社会就是...

太阳能摩尔定律做到普及合成燃油要30年,碳中和的步调相当稳定,而气候的不确定性巨大。各种基建朋克即使不惜代价把进程缩短一半时间省出15年,未必能产生明确的边际差异。

这样的话还是针对灾害就事论事为妙,洪水来了救灾加上水利工程。如果试图强行催熟碳中和进程来解决洪水,把灾害损失和早熟不能盈利的巨额投资叠加到一起,会更快玩死经济。

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虎哥
2个月10天前
7楼
引用拔刀斋发表于6楼的内容
太阳能摩尔定律做到普及合成燃油要30年,碳中和的步调相当稳定。各种基建朋克即使不惜代价把时间缩短到1...

很可能变暖的后果全球共担,并且发达的地方抗性更强,而排放的是谁排谁受益,谁的能源成本低谁挣钱,因此最佳策略是能烧则烧,应排尽排,这才是“负责任”的大国策略。 sticker

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小德喵喵作者
2个月8天前
8楼
引用westwarded发表于1楼的内容
氢燃料汽车如果只从技术上来说。其实没见得比燃油车好到哪里。氢气是二次能源它是要消耗电 石油煤炭来制取...

sticker 分析的很透彻

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