國(guó)內(nèi)氫燃料電池汽車(chē)產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀及發(fā)展前景

袁中 周定華 陳大華

奇瑞商用車(chē)（安徽）有限公司 安徽省蕪湖市 241006

1 引言

能源無(wú)疑是當(dāng)今全世界共同關(guān)注的一大話題，隨著汽車(chē)保有量不斷增加，世界范圍內(nèi)的能源危機(jī)和能源消耗導(dǎo)致的氣候問(wèn)題已經(jīng)引起各國(guó)普遍重視。氫燃料電池利用氫氣和空氣中的氧氣結(jié)合產(chǎn)生電和水，效率高、無(wú)污染、噪音低，被公認(rèn)為21世紀(jì)最有潛力的車(chē)用發(fā)動(dòng)機(jī)，是未來(lái)新能源清潔動(dòng)力汽車(chē)的必然方向，是替代石油燃料發(fā)動(dòng)機(jī)的理想解決方案之一，因此世界上許多國(guó)家都在積極研究燃料電池電動(dòng)汽車(chē) 。

因此，在國(guó)家多能源戰(zhàn)略下，因地制宜大力發(fā)展氫能源，推廣氫燃料電池汽車(chē)不失為一種最佳的選擇。

2 氫燃料電池汽車(chē)發(fā)展現(xiàn)狀

2.1 國(guó)外氫燃料電池汽車(chē)發(fā)展現(xiàn)狀

從國(guó)際上來(lái)看，氫燃料電池車(chē)的發(fā)展分為三個(gè)階段：

第一階段，1990年到2005年，技術(shù)可行性驗(yàn)證。1990年美國(guó)能源署開(kāi)始制訂氫能和燃料電池研發(fā)和示范項(xiàng)目，世界發(fā)達(dá)國(guó)家（地區(qū)）紛紛加緊氫能與燃料電池研發(fā)部署。因?qū)@項(xiàng)技術(shù)攻關(guān)難度理解不夠，三輛氫燃料電池車(chē)在芝加哥上路運(yùn)行不到一個(gè)月全部垮掉，認(rèn)識(shí)到燃料電池不適用于汽車(chē)工況。

第二階段，2005年到2012年，技術(shù)攻關(guān)與性能提升。解決燃料電池的工況適應(yīng)性問(wèn)題，燃料電池比功率達(dá)到了2kW/L，在-30℃也能儲(chǔ)存和啟動(dòng)，基本上滿足了車(chē)用要求。

第三階段，2012年至今，商業(yè)化推廣，燃料電池比功率達(dá)到3.1kW/L。

豐田氫燃料電池車(chē)Mirai于2014年12月15日宣布商業(yè)化，開(kāi)始面向普通消費(fèi)者銷(xiāo)售。2015年7月，寶馬發(fā)布基于現(xiàn)款i8打造的i8 FCV試裝車(chē)，最大續(xù)航里程483km。2015年7月，豐田與日野聯(lián)合推動(dòng)零排放燃料電池大巴運(yùn)用，在東京大都會(huì)區(qū)進(jìn)行路測(cè)， 2016件3月本田開(kāi)始租售Clarity燃料電池車(chē)。2016年4月現(xiàn)代汽車(chē)為德國(guó)BeeZero公司提供燃料電池車(chē)ix35，開(kāi)展汽車(chē)共享服務(wù)。2018美國(guó)CES展上，韓國(guó)現(xiàn)代汽車(chē)在發(fā)布了一款全新的氫燃料電池SUV汽車(chē)NEXO車(chē)型， 新車(chē)基于現(xiàn)代可定制平臺(tái)打造，代表了現(xiàn)代新能源技術(shù)的最高水平。

2.2 國(guó)內(nèi)氫燃料電池汽車(chē)發(fā)展現(xiàn)狀

2.2.1 燃料電池轎車(chē)

“十一五”新一代燃料電池轎車(chē)動(dòng)力系統(tǒng)結(jié)合整車(chē)平臺(tái)的改變，采用扁平化的動(dòng)力系統(tǒng)布置方式，燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)氫氣子系統(tǒng)、空氣子系統(tǒng)與冷卻系統(tǒng)采用模塊化分散布置的模式，增加了動(dòng)力系統(tǒng)與整車(chē)適配的柔性，明顯提升整車(chē)的人機(jī)工程性能。同時(shí)，優(yōu)化集成DC/DC變換器、DC/AC控制器以及電動(dòng)空調(diào)和低壓變換器等功率元器件的動(dòng)力系統(tǒng)控制單元，在提升模塊化的同時(shí)方便集中處理電磁兼容、系統(tǒng)冷卻以及電安全等問(wèn)題，體現(xiàn)了電動(dòng)汽車(chē)動(dòng)力系統(tǒng)集成設(shè)計(jì)的方向。

2.2.2 燃料電池城市客車(chē)

我國(guó)燃料電池城市客車(chē)研發(fā)采用不同的技術(shù)路線，探索對(duì)比了能量混合型和功率混合型兩種不同的燃料電池混合動(dòng)力方案，在“十五”基礎(chǔ)上，“十一五”期間燃料電池城市客車(chē)在電動(dòng)化底盤(pán)、混合動(dòng)力、整車(chē)控制和燃料電池動(dòng)力系統(tǒng)耐久性、氫電安全性、整車(chē)燃料經(jīng)濟(jì)性方面取得新突破。基于國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)城市公交循環(huán)的整車(chē)氫耗≤8.5kg/100km，達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平。在車(chē)輛性能和配置基本相當(dāng)情況下，生產(chǎn)成本只有國(guó)外30%。

2.2.3 國(guó)內(nèi)燃料電池汽車(chē)產(chǎn)品應(yīng)用與示范運(yùn)行

2008年4月，福田發(fā)布福田歐V燃料電池客車(chē)，完成包括北京奧運(yùn)示范在內(nèi)的北京公交線路為期1年商業(yè)化示范運(yùn)行任務(wù)，累計(jì)運(yùn)行超過(guò)6萬(wàn)公里。同年，帕薩特燃料電池轎車(chē)獲得國(guó)家汽車(chē)產(chǎn)品公告，20輛燃料電池轎車(chē)車(chē)隊(duì)在2008北京奧運(yùn)會(huì)期間示范運(yùn)行。2009年，完成2008年北京奧運(yùn)示范的16輛帕薩特燃料電池轎車(chē)赴美國(guó)加州與通用、本田、現(xiàn)代、豐田等一起在美國(guó)加州薩克拉門(mén)托參與國(guó)際化示范運(yùn)營(yíng)。2010年世博會(huì)期間，同濟(jì)大學(xué)、上燃動(dòng)力與上汽通力合作，196輛燃料電池車(chē)輛投入示范運(yùn)行，包括90輛燃料電池轎車(chē)、6輛燃料電池公交客車(chē)、100輛燃料電池觀光車(chē)。上汽集團(tuán)的“上海牌”燃料電池轎車(chē)、上海大眾帕薩特燃料電池轎車(chē)、一汽奔騰燃料電池轎車(chē)、長(zhǎng)安志翔燃料電池轎車(chē)、奇瑞東方之子燃料電池轎車(chē)組成的車(chē)隊(duì)參加了中國(guó)最大規(guī)模的燃料電池轎車(chē)示范應(yīng)用。2010年我國(guó)研制的燃料電池城市客車(chē)走出國(guó)門(mén)，在新加坡完成揭幕和試運(yùn)行儀式，并作為首屆青年奧運(yùn)會(huì)官方新能源示范車(chē)服務(wù)青奧會(huì)。

由此可見(jiàn)，我國(guó)燃料電池汽車(chē)正處于商業(yè)化示范運(yùn)行考核與應(yīng)用階段。

3 燃料電池汽車(chē)關(guān)鍵技術(shù)國(guó)內(nèi)現(xiàn)狀

在燃料電池汽車(chē)車(chē)型平臺(tái)開(kāi)發(fā)方面，以上汽股份、上海大眾、一汽、長(zhǎng)安、奇瑞等公司為代表開(kāi)發(fā)的燃料電池轎車(chē)均基于傳統(tǒng)內(nèi)燃車(chē)或純電動(dòng)汽車(chē)進(jìn)行改制，尚未掌握燃料電池汽車(chē)專用車(chē)身、底盤(pán)開(kāi)發(fā)、底盤(pán)動(dòng)力學(xué)主動(dòng)控制等關(guān)鍵技術(shù)，而長(zhǎng)城汽車(chē)正在開(kāi)發(fā)的燃料電池汽車(chē)則是基于為燃料電池汽車(chē)動(dòng)力系統(tǒng)全新打造的專用化整車(chē)平臺(tái)，計(jì)劃于2022年推向市場(chǎng)，屆時(shí)將成為具有國(guó)際領(lǐng)先水平的中國(guó)燃料電池汽車(chē)。

在燃料電池電堆開(kāi)發(fā)方面，已形成包括明天氫能、新源動(dòng)力、武漢理工新能源、弗爾賽、等在內(nèi)的具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的燃料電池電堆生產(chǎn)廠家，在電堆上游配套方面，MEA、碳紙、質(zhì)子膜、石墨雙極板和金屬雙極板等均已實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)化。目前已具備60kW以內(nèi)的單個(gè)燃料電池電堆開(kāi)發(fā)能力，體積比功率基本可達(dá)到2.0kW/L，與國(guó)際領(lǐng)先水平3.1kW/L仍有差距。

在車(chē)載儲(chǔ)氫和供氫技術(shù)方面，我國(guó)基本掌握了35MPa高壓儲(chǔ)氫罐和加注系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)，實(shí)現(xiàn)高壓氫氣瓶等部件國(guó)產(chǎn)化開(kāi)發(fā)，但某些關(guān)鍵閥門(mén)、管路、傳感器等國(guó)內(nèi)尚停留在研究或小批量階段，仍依賴進(jìn)口。70MPa氫氣存儲(chǔ)關(guān)鍵技術(shù)已取得突破，III型儲(chǔ)氫瓶已有批量產(chǎn)品，但閥門(mén)、管路等關(guān)鍵部件仍然處在研發(fā)階段，這就制約了我國(guó)低成本燃料電池乘用車(chē)的開(kāi)發(fā)進(jìn)程。在供氫方面，國(guó)內(nèi)已開(kāi)發(fā)出可滿足60kW以內(nèi)燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)需求的引射式供氫組件產(chǎn)品，而對(duì)于回氫泵，尚未掌握其核心技術(shù)。

在燃料電池用無(wú)油空壓機(jī)方面，雪人股份通過(guò)股權(quán)收購(gòu)的方式取得了雙螺桿空壓機(jī)的核心技術(shù)，德燃動(dòng)力通過(guò)自主開(kāi)發(fā)的方式已掌握可滿足60kW以內(nèi)燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)用空壓機(jī)技術(shù)，另外清華大學(xué)、西安交通大學(xué)等高校也在燃料電池用空壓機(jī)方面進(jìn)行了大量研究和開(kāi)發(fā)工作。

在燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)可靠性、壽命和環(huán)境適應(yīng)性方面，在車(chē)載工況下，目前的使用壽命在3600小時(shí)左右， 大約3000km需要進(jìn)行相應(yīng)的維護(hù)，冷啟動(dòng)溫度為-20℃，這與國(guó)外的燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)相比，尚有差距，制約了我國(guó)燃料電池汽車(chē)的商業(yè)化推廣。

4 總結(jié)及展望

我國(guó)燃料電池用的各種關(guān)鍵材料和零部件的測(cè)試性能和試用性能都基本接近或達(dá)到了國(guó)際水平，但是國(guó)內(nèi)燃料電池關(guān)鍵部件還沒(méi)有形成很大市場(chǎng)，尚處于商業(yè)化初始階段。因此，現(xiàn)階段燃料電池車(chē)開(kāi)發(fā)成本較高。

我國(guó)具有發(fā)展燃料電池汽車(chē)的優(yōu)勢(shì)：

（1）我國(guó)高度重視新能源汽車(chē)的發(fā)展，通過(guò)十多年的努力，政府部門(mén)及產(chǎn)業(yè)各界積累了豐富的新能源汽車(chē)研發(fā)、產(chǎn)業(yè)化和推廣應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，形成了較強(qiáng)的電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)技術(shù)體系和產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)，將有效支撐我國(guó)氫能燃料電池汽車(chē)的健康發(fā)展。

（2）具有豐富的工業(yè)低成本副產(chǎn)氫氣，且清潔能源規(guī)模巨大，可從風(fēng)力發(fā)電、光伏發(fā)電、水力發(fā)電等可再生能源中制取氫氣，因此我國(guó)氫能資源豐富，獲取路徑多樣，有利支撐我國(guó)氫燃料電池規(guī)?；l(fā)展

（3）我國(guó)汽車(chē)產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速，產(chǎn)銷(xiāo)量全球第一，新能源汽車(chē)保有量和產(chǎn)銷(xiāo)量巨大，易于形成規(guī)模效應(yīng)加速全球氫燃料電池汽車(chē)發(fā)展。

（4）隨著我國(guó)城鎮(zhèn)化、城市化加速，仍有較大的增長(zhǎng)空間，新能源發(fā)展成為國(guó)家戰(zhàn)略，氫能燃料電池汽車(chē)在我國(guó)規(guī)?；膽?yīng)用將引領(lǐng)全球產(chǎn)業(yè)化發(fā)展步伐。

因此，在國(guó)家多能源戰(zhàn)略的支持下，以及隨著已具雛形的長(zhǎng)三角“氫走廊”的西擴(kuò)北延，氫燃料電池客車(chē)、物流車(chē)必然會(huì)迅速涌進(jìn)市場(chǎng)，進(jìn)而帶動(dòng)氫基礎(chǔ)設(shè)施的完善，并進(jìn)一步促進(jìn)氫燃料乘用車(chē)的發(fā)展。