國外氫燃料電池車最新研究動態(tài)

本刊 劉春娜

1 概述

近日，華北地區(qū)出現(xiàn)本世紀以來最嚴重的持續(xù)空氣污染在媒體報道中多次被提及，也成為今年兩會頻繁被談論的焦點問題。汽車尾氣的排放不可否認地成為霧霾產(chǎn)生的因素之一，新能源汽車的意義越發(fā)顯得舉足輕重。其中，氫燃料電池汽車相對于純電動汽車具有其自身獨特的優(yōu)勢，因為其只會排出水，在環(huán)保領(lǐng)域可遙遙領(lǐng)先混合動力車、電動汽車等其他環(huán)保汽車，有助于人類盡早開創(chuàng)環(huán)保時代，因此人們應當重新認識氫燃料電池汽車未來的市場。

氫燃料電池車是一種以氫燃料作為動力的汽車，本質(zhì)上也是電動車的一種。它通過氫氣與氧氣的化學作用產(chǎn)生的電力作為動力驅(qū)動電動機，與目前普遍采用鋰離子電池的電動車相比，氫燃料電池車同樣具備零CO2排放的特色，所產(chǎn)生的廢棄只有熱能和水蒸氣，是非常環(huán)保的一種新能源車。在能量回充方面，氫燃料電池補充時間較短，與加油方式大同小異，推廣起來會較鋰電池的電動車更為容易。

目前，我國汽車企業(yè)對于燃料電池技術(shù)的直接介入并不積極，車企大多以觀望為主。尤其是最近幾年汽車企業(yè)更是預期氫燃料電池汽車市場化需要更長時間，應該比混合動力和純電動汽車要遲一些。在產(chǎn)業(yè)鏈條上，國內(nèi)氫燃料電池的關(guān)鍵部件如隔膜、催化劑、炭紙等材料目前主要以進口為主，由于技術(shù)含量較高和壟斷的原因，價格昂貴。但國際車企巨頭卻似乎認為氫燃料電池汽車的產(chǎn)業(yè)化與混合動力、純電動汽車的產(chǎn)業(yè)化并沒有明顯的先后關(guān)系，而是重疊的，多家國外車企都把2015年作為氫燃料電池汽車的產(chǎn)業(yè)化起點。近日，歐美日車企對氫燃料電池汽車熱度就不斷升溫。

2 國外動態(tài)

2013年1月，寶馬與豐田聯(lián)盟，豐田將為寶馬提供動力系統(tǒng)和氫氣存儲技術(shù)，而寶馬則將應用該技術(shù)計劃2020年分別推出采用雙方共同開發(fā)成果的燃料電池車。除燃料電池組外，雙方還計劃共同開發(fā)氫燃料罐、馬達和電池等。戴姆勒、福特和日產(chǎn)汽車也宣布結(jié)成氫燃料電池汽車開發(fā)聯(lián)盟，共享氫燃料電池汽車技術(shù)，在2017年之前共同推出一款氫燃料電池汽車。這個三方合作協(xié)議，主要目的是聯(lián)手打造一套共同的氫燃料電池系統(tǒng)，借由三方合作有效提高經(jīng)濟規(guī)模，降低開發(fā)成本，同時增加研發(fā)效率，而這套氫燃料電池系統(tǒng)將會盡可能地提高共通性，以對應三方的車款，并且期望能夠在2017年推出全球第一輛價格合理、一般民眾負擔得起的氫燃料電池車，其目的也是為了早一步確立各項技術(shù)規(guī)范與零配件的全球規(guī)格標準。預期激烈的競爭前景使得國際車企巨頭紛紛拋棄前嫌，和競爭對手抱團應對。此前，車企則采用單打獨斗的方式搶奪氫燃料電池汽車的技術(shù)控制權(quán)，并伺機產(chǎn)業(yè)化。目前德國奔馳公司開發(fā)燃料電池B級車、豐田開發(fā)燃料電池SUV、本田公司的FCX clarity轎車和美國通用公司的Equinox SUV氫燃料電池設計壽命都已經(jīng)達到5 000 h。

國際車企經(jīng)過前期技術(shù)積累已經(jīng)進入第二階段，戴姆勒、福特、本田、豐田、日產(chǎn)、通用、現(xiàn)代等汽車公司進行收購燃料電池企業(yè)作為其下屬零部件公司，或汽車企業(yè)直接成立燃料電池電堆開發(fā)部門，自行開發(fā)燃料電池電堆，紛紛形成了自主的燃料電池電堆開發(fā)能力。國際汽車企業(yè)燃料電池技術(shù)已經(jīng)基本達到產(chǎn)業(yè)化要求。

韓國現(xiàn)代汽車在世界上首次成功實現(xiàn)批量生產(chǎn)途勝ix氫燃料電池車，目前已向歐洲政府機構(gòu)和公共機關(guān)發(fā)售?，F(xiàn)代汽車在蔚山工廠內(nèi)另設氫燃料電池車生產(chǎn)廠，同時運營充電和檢查設施，2月26日在蔚山工廠的氫燃料電池車生產(chǎn)廠舉行了氫燃料電池車量產(chǎn)紀念儀式，3月7日將17輛途勝ix氫燃料電池車裝載到貨輪上，其中15輛運往丹麥，2輛運向瑞典，這些車輛將于4月向丹麥哥本哈根和瑞典斯堪尼亞分別出口15輛和2輛氫燃料電池車，此后向歐洲政府機關(guān)等出口，并計劃到2015年在海內(nèi)外共銷售1 000輛氫燃料電池車。屆時現(xiàn)代汽車將能夠在氫燃料電池車市場上占據(jù)優(yōu)勢。途勝ix氫燃料電池車搭載現(xiàn)代汽車單獨開發(fā)的燃料電池系統(tǒng)和儲氫系統(tǒng)。氫燃料電池車一次充電可行駛594公里?，F(xiàn)代汽車從1998年開始著手研發(fā)氫燃料電池車，2000年11月發(fā)布以勝達為型號的氫燃料電池車，2006年現(xiàn)代汽車獨立研發(fā)了途勝氫燃料電池車。此次量產(chǎn)的氫燃料電池版ix35是第三代車型。該車采用氫燃料電池車專用的核心燃料電池堆、駕駛裝置、變頻等，提高了效率和便利性?，F(xiàn)代汽車方面表示，奔馳、GM、豐田等世界汽車巨頭預計到2015年才會生產(chǎn)氫燃料電池車，現(xiàn)代汽車比這些制造商提前兩年投入生產(chǎn)。

美國能源部分支機構(gòu)國家可再生能源實驗室(以下簡稱NREL)2013年初向日本豐田公司借調(diào)了四輛燃料電池混合動力漢蘭達汽車，進行為期兩年的測試。NREL通過對這款氫動力跨界車的測試，加強在氫動力車方面的研究，檢驗該混合動力是否可代替汽油和柴油動力。負責測試的人員從可再生氫氣的生產(chǎn)過程和該混合動力裝置對駕駛模式和汽車性能的影響兩方面對混合燃料電池進行了測試，而且當為期兩年的測試結(jié)束時，應用該技術(shù)的汽車也將有四年或五年的使用期，屆時關(guān)系到此項技術(shù)成敗的關(guān)鍵因素——耐用性和可靠性也能夠被檢驗。除了測試漢蘭達車型以外，NREL還會對公眾展示多種多樣的混合燃料技術(shù)，以加深公眾對燃料電池的了解，推動燃料電池的經(jīng)銷。NREL對氫動力漢蘭達并不陌生，早在2009年NREL就曾幫助豐田汽車對此項技術(shù)進行微調(diào)。

豐田汽車公司也計劃在2015年將新燃料電池汽車投放市場，豐田表示，如果在混合動力系統(tǒng)中引入燃料電池技術(shù)，其燃油經(jīng)濟性則會超越標準的燃料電池汽車，關(guān)鍵問題是要增加基礎設施和加氫站的數(shù)量，否則燃料電池汽車就像是靜止的裝飾品。公司宣稱，作為技術(shù)核心的燃料電池組，目前實現(xiàn)了全球最高的3 kW/L輸出密度。另外，去掉了燃料電池組曾經(jīng)必不可少的加濕模塊，還實現(xiàn)了氫燃料罐的自產(chǎn)，豐田正為FCV上市扎實地推進準備工作。

本田宣布將在2015年推出一款全新的燃料電池車型。本田保證新的燃料電池車型將采用全新的技術(shù)，以大幅度減少生產(chǎn)成本。本田的新款燃料電池車將取代目前僅作為租借用途的FCX Clarity燃料電池車。同時，公司表示，這款新產(chǎn)品將會是一款全球型產(chǎn)品，降低成本是這款新能源車的主要設計目標。本田計劃將在推出后的較短時間內(nèi)在多個國家和地區(qū)銷售。本田汽車公司專家認為，針對城市短途駕駛，電動汽車是有利可圖的產(chǎn)品，但是燃料電池汽車的燃料補充時間和駕駛感受與傳統(tǒng)能源汽車更為相似，因此是最好的長期解決方案，其基礎設施建設尤為重要。本田在加州有20輛燃料電池汽車作為租賃服務用車，以此為試點方案了解消費者對燃料電池汽車的好感程度。

奔馳公司表示其B級F-CELL氫燃料電池車有望在2014年實現(xiàn)量產(chǎn)，但在此期間還需要相應基礎設施的建設。此外，如何降低成本也是奔馳目前研發(fā)的重點，量產(chǎn)時候成本有望降低到和現(xiàn)有混合動力車相當?shù)乃剑?017年或?qū)⒄嬲谑袌錾线M行推廣。奔馳將加速推進氫燃料車的商業(yè)化，并已小批量生產(chǎn)約200臺B級F-CELL，交付給北美、歐洲等地區(qū)客戶進行測試。奔馳還正式推出了采用氫能源動力的F125概念車，其續(xù)航能力有望突破1 000公里。對于燃料電池以及純電動汽車，人們最擔心的就是安全問題。這里的安全包括：行駛中遭遇顛簸路面、發(fā)生碰撞等交通事故時，氫或者鋰電池是否會發(fā)生爆炸？在日常加氫過程中是否會出現(xiàn)泄漏從而引起失火或者爆炸等危及生命安全的事故？奔馳專家表示，目前氫燃料電池車的安全問題已無憂，奔馳的工程師已經(jīng)對F-CELL驅(qū)動系統(tǒng)所有部件的安全性進行了測試，即使是發(fā)生了嚴重的交通事故，氫氣也不會造成危險。即使是車輛起火，儲氫罐中的氫氣也可以通過溫控閥門以安全方式排出。相比之下傳統(tǒng)汽油機爆炸所造成的后果遠比燃料電池車嚴重。燃料電池車被奔馳視為最佳新能源解決方案之一。奔馳公司認為，目前可以說是發(fā)展氫燃料電池車最好的時候，奔馳要在氫燃料電池車研發(fā)方面抓住機遇，加大投資，加速發(fā)展。專家認為，電動車是奔馳新能源戰(zhàn)略的第一個步驟，至少在未來3~5年內(nèi)還需要它，長遠來說則看好氫燃料電池車。奔馳公司表示，目前研發(fā)的這款汽車更具效率，希望屆時的銷量能達到千輛目標。

英國首輛氫燃料電池車將于2015年上路，至2030年會有150萬輛氫燃料電池車上路。該項研究由UKH2Mobility發(fā)布，該組織由政府部門、汽車制造商、氫燃料提供商和技術(shù)支持商共同組成。

德國和韓國也都在積極發(fā)展燃料電池汽車和基礎設施。盡管事實上燃料電池車比傳統(tǒng)能源車要昂貴，但是巴拉德電力系統(tǒng)公司專家表示，隨著技術(shù)的進步，價格終究會下降，這只是時間問題，發(fā)展燃料電池汽車是有意義的。加拿大不列顛哥倫比亞省的滑雪勝地惠斯勒小鎮(zhèn)已經(jīng)將柴油巴士更新?lián)Q代為燃料電池巴士，這20輛巴士已經(jīng)運行了90 000 h 120 km。

3 啟示

目前，國內(nèi)相關(guān)汽車企業(yè)氫燃料電池的穩(wěn)定壽命已經(jīng)落后于歐美日車企；成本方面，氫燃料電池汽車成本過高是全球車企需要共同面對的問題，列入量產(chǎn)化計劃的國際巨頭正致力于成本的降低。其中，豐田汽車宣稱其氫燃料電池SUV在2015年價格可由13萬美元降低至5萬美元。事實上，零排放的氫燃料電池技術(shù)的成本在過去的兩年里已經(jīng)減少了10萬美元。當然，各大汽車廠商在成本削減方面還有未完成的工作。尤其是燃料電池組及燃料罐制造成本的削減還在進行中，燃料電池組方面要削減鉑催化劑的用量，燃料罐方面要降低CFRP（碳纖維增強樹脂基復合材料，簡稱碳纖維復合材料）的價格，這些都是接下來需要解決的重大課題。其他部件方面，F(xiàn)CV與混合動力車（HEV）、插電混合動力車（PHEV） 及純電動汽車（EV）的通用化是關(guān)鍵。通過使馬達、電池、逆變器、電動車輛用空調(diào)及制動系統(tǒng)等實現(xiàn)通用化，便可降低成本。

國際巨頭加速推進產(chǎn)業(yè)化是因為氫燃料電池汽車本身的優(yōu)勢，據(jù)了解，氫燃料電池汽車電源系統(tǒng)總能量密度約為316 Wh/kg，而目前純電動車用鋰電池系統(tǒng)能量密度大多低于100 Wh/kg。據(jù)奔馳公司公布的信息，其氫燃料電池汽車加滿燃料的續(xù)航能力達400公里，百公里耗能相當于3.3升汽油，而加滿氫燃料的過程僅需3分鐘。

基礎設施方面，德國和日本汽車制造業(yè)巨頭2012年在華盛頓舉行的有關(guān)氫燃料電池車的聯(lián)合峰會上，就討論了氫燃料電池汽車取代傳統(tǒng)能源汽車的長遠方案，與會者認為氫燃料電池車要發(fā)展的關(guān)鍵問題是加氫站數(shù)量的增加，并確保其每日服務量。目前，一些加氫站的最大儲量僅能為6輛汽車提供加氫服務，但是也有一些加氫站能夠擴大儲量，滿足100輛汽車的氫氣補給。到2012年底，美國洛杉磯地區(qū)的加氫站從5座增至8座，而相比之下，全美的加油站數(shù)量約有180 000座。

政策方面，歐美日政府一直在加大扶持，比如英國政府就計劃在2030年之前使英國氫燃料電池車保有量達到150萬輛，并在2050年之前使其市場占有率達到30%~50%。

相比之下，我們是不是要對氫燃料電池車在技術(shù)開發(fā)、加氫站建設、強強合作以及政策引導等方面有一個新的認識呢？讓我們拭目以待。