燃料電池整車與系統(tǒng)及關鍵零部件情況綜述
——第十五屆日本國際氫能及燃料電池展會

趙子亮 趙洪輝 黃興

（中國第一汽車集團有限公司 新能源開發(fā)院，長春 130011）

主題詞：新能源車 氫能 電堆 空壓機 氫瓶

1 前言

日本國際氫能及燃料電池展會(FC EXPO)創(chuàng)辦于2005年，每年一屆，由日本勵展展覽有限公司（Reed Exhibitions Japan Ltd.）主辦，是世界最大的氫能及燃料電池展覽會，匯聚了氫能及燃料電池的各種相關高端技術、材料、部件和先進裝備。

第十五屆日本國際氫能及燃料電池展覽會(FC EXPO)分為技術研討會和產(chǎn)品展示會兩大部分，技術研討部分涵蓋燃料電池政策、企業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀、基礎設施建設、先進技術趨勢等，包括豐田、本田、現(xiàn)代、戴姆勒等主流車企，日本NEDO、美國DOE、德國NIP等世界國家級政府機構(gòu)，大學科研及研發(fā)機構(gòu)等單位通過報告形式展示最新進展與先進技術；產(chǎn)品展示部分則匯聚燃料電池相關產(chǎn)業(yè)鏈的各國政府機構(gòu)、車企、零部件、測試等行業(yè)單位參展，包括氫能利用產(chǎn)業(yè)鏈、燃料電池關鍵材料展示、燃料電池電堆、關鍵部件等總成部件展示以及燃料電池整車展示等。

教學方式是指在教學原則指導下，為達到教學目的、完成教學內(nèi)容而進行的一整套的教學組織和方法的集成，是一種教學形態(tài)的綜合表現(xiàn)形式，涉及教學思想、教學意識、教學策略等相關要素[2]。游泳課程獨特的身心體驗式教學啟發(fā)游泳教學方式的多元化探索，而這種探索和實踐，旨在促進學生學練成效，活躍課堂教學氣氛，啟發(fā)教師教學智慧，師生互動，共同提高游泳課程學習效果。

本文將結(jié)合技術研討會的內(nèi)容，闡述整車企業(yè)在燃料電池領域的發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢展望，結(jié)合產(chǎn)品展示會概述燃料電池系統(tǒng)及核心零部件的情況。

2 燃料電池整車情況

從技術研討會的報告情況分析，豐田、本田、現(xiàn)代汽車公司目前處于燃料電池車發(fā)展的第一梯隊，均已推出大功率量產(chǎn)車型，正處于擴大產(chǎn)能階段，同時響應政府的號召，推動加氫站基礎設施建設，共同致力于發(fā)展氫能社會；歐美方面，戴姆勒率先推出插電式FCV，開啟乘用車市場化進程，處于第二梯隊；奧迪、通用目前與現(xiàn)代、本田合作，共享技術，處于第三梯隊。

雄韜股份公司生產(chǎn)的燃料電池系統(tǒng)采用巴拉德石墨板電堆，技術相對成熟，廣泛應用于城市公交、物流車。該系統(tǒng)額定功率45 kW，質(zhì)量比功率密度401 W/kg，體積比功率密度381 W/L，且具有IP67的防護等級。

2.1 豐田

豐田公司[1]計劃從2020年開始正式推出純電動車，從2025年開始全部車型均推出電驅(qū)版，2030年電驅(qū)車達到50%，其中純電動和燃料電池車達到10%。

豐田致力于將燃料電池技術應用到乘用車、商用車和工業(yè)用車等多元化的產(chǎn)品上，計劃2020年左右實現(xiàn)至少3萬輛的全球年銷量。為此，豐田正在擴大關鍵總成生產(chǎn)能力，分別在本州和下山新建70 000 m3電堆生產(chǎn)廠和15 000 m3高壓氫瓶廠。日本修訂其氫能計劃，目標2025年大批量將FCV投入市場計劃達到20萬輛，2030年達到80萬輛，加氫站達到900個。豐田提出FCV推廣的4個關鍵要素：汽車制造商降低成本提升性能、能源供應商提供無碳排放的清潔氫氣、能源供應商普及加氫站建設、政府制定政策推動氫能社會的發(fā)展。

2.2 本田

本田公司[2]從2002年起，持續(xù)推進、優(yōu)化燃料電池技術，以多種方式積極參與、推動氫基礎設施建設。2018年，本田已經(jīng)發(fā)布了插電式混合動力汽車（PHEV）、純電動汽車（EV）和燃料電池車CLARITY，并力爭到2030年左右，將插電式混合動力汽車、混合動力汽車以及零排放的燃料電池汽車和純電動汽車的銷量占到公司總銷量的三分之二。本田還推出了小型加氫站，僅需1天時間即可完成安裝。

《臨床軍醫(yī)雜志》(ISSN 2095-5561 / CN 21-1588/R)是由國家新聞出版廣電總局批準的公開出版物，本刊由沈陽軍區(qū)聯(lián)勤部衛(wèi)生部主管，沈陽軍區(qū)總醫(yī)院、解放軍第二一〇醫(yī)院、沈陽軍區(qū)大連療養(yǎng)院主辦，以軍內(nèi)和地方醫(yī)學工作者為主要讀者和作者對象；以科學性、實用性、先進性為根本，集中報道臨床和科研領域的熱點議題。本刊為中國科技核心(統(tǒng)計源核心)期刊，并被美國《化學文摘(CA)》等國際權威數(shù)據(jù)庫、索引收錄。為方便在線檢索、閱讀，本刊現(xiàn)由中國知網(wǎng)(www.cnki.net)和萬方醫(yī)學網(wǎng)(med.wanfangdata.com.cn)共同收錄。

根據(jù)隨機數(shù)字表法進行2016年6月-2018年2月90例COPD并呼吸衰竭患者分成不同組。觀察組男22例,女23例;年齡54歲-77歲,平均60.71±2.12歲。COPD發(fā)病時間1年-21年,平均(12.21±0.45)年。對照組男23例,女22例;年齡54歲-78歲,平均60.45±2.11歲。COPD發(fā)病時間1年-20年,平均(12.24±0.41)年。兩組一般資料無明顯差異。

本田燃料電池系統(tǒng)是一體式集成，布置在機艙，結(jié)構(gòu)尺寸與V6發(fā)動機相當。通過優(yōu)化電堆結(jié)構(gòu)，其抗沖擊性能可提升4倍；使用金屬雙極板，同時從冷卻歧管、密封、冷卻液、材料等方面進行研究，提高了雙極板耐腐蝕性；通過改進設計和工藝達成了系統(tǒng)高性能和低成本的目標。在不同的環(huán)境下進行行駛和耐久性測試，設計檢測裝置、供氫停止閥以及排氫裝置，保證了本田燃料電池車的安全性。本田在燃料電池車續(xù)駛里程、環(huán)境適應性和性能開發(fā)等方面的經(jīng)驗比較豐富。本田和通用汽車從2013年開始合作，2017年還在美國密歇根州布朗鎮(zhèn)建立了合資公司。

2.3 現(xiàn)代

現(xiàn)代公司[3]計劃到2030年實現(xiàn)70萬套燃料電池系統(tǒng)的產(chǎn)能，其中50萬套用于燃料電池汽車，研發(fā)投入逐年增加，計劃到2030年研發(fā)投入達到69億美元。同時現(xiàn)代公司計劃將燃料電池系統(tǒng)擴展到公交車和貨車等商用車上，計劃乘用車最大功率衰減10%的使用時間是5 000～10 000 h，商用車是25 000～30 000 h?，F(xiàn)代NEXO目前的售價是6.1萬美元，目標是在2025～2030年價格下降50%。

現(xiàn)代公司2018年推出的NEXO燃料電池汽車，相比上一代Tucson，燃料電池系統(tǒng)效率提升到了60%，功率達到120 kW，冷啟動溫度低至-30℃，續(xù)駛里程609 km。該車具有先進的動力系統(tǒng)，耐久性達到10年16萬公里，采用三只大小相同的70 MPa的Ⅳ型氫瓶，加注時間5 min，同時該車包括盲點查看監(jiān)控系統(tǒng)、高速駕駛輔助系統(tǒng)、車道跟隨輔助系統(tǒng)和遠程智能停車系統(tǒng)等最先進的ADAS系統(tǒng)。NEXO使用的燃料電池電堆采用自主開發(fā)的MEA和金屬雙極板，設計的3D多孔流場，使電堆性能和耐久性均得到了提升。NEXO具有緊湊高效的空氣、燃料輔助系統(tǒng)和熱管理系統(tǒng)，使其能夠很好地布置在前機艙的緊湊空間中。

2.4 戴姆勒

為及時了解滑坡體的演化過程，準確捕捉特征信息，需對滑坡進行監(jiān)測，內(nèi)容包括地表變形、地下變形、地聲、應變、水文以及降水量、地溫等其他環(huán)境因素。眾多可測量的數(shù)據(jù)中，位移是滑坡的最直接狀態(tài)量，且施測簡單，文章介紹了位移監(jiān)測的常用方法，簡述它們的基本原理和優(yōu)缺點。

新一代燃料電池GLC系統(tǒng)的技術創(chuàng)新包括高功率密度電堆、電堆集成框架式外殼、集成空氣過濾器的空氣加濕器、DC/DC變換器和帶廢氣渦輪的空氣壓縮機，其中框架式外殼不僅用于將系統(tǒng)固定到車身上，還為外圍部件提供支撐，同時集成了氫氣循環(huán)、空氣系統(tǒng)以及冷卻系統(tǒng)的歧管模塊。DC/DC用于匹配電堆電壓和高壓部件電壓，并可根據(jù)單電池數(shù)量進行適應性調(diào)整，其效率高于98%，適用冷啟動策略開發(fā)。該車匹配大小不同的兩個氫瓶，儲氫4.4 kg，最大功率155 kW，具有478 km氫氣續(xù)駛里程和51 km的動力電池續(xù)駛里程。

2.5 奧迪

奧迪公司[5]從2004年到2014年，依次開發(fā)出了4代氫燃料電池車，且已基本涵蓋了各級乘用車型，目前正在研發(fā)第5代氫燃料電池四驅(qū)概念車型和第6代量產(chǎn)車型。奧迪計劃從2015年到2025年的10年之間，完成從燃油和燃氣車型向純電動和燃料電池車型的戰(zhàn)略轉(zhuǎn)型。

目前在研的第5代燃料電池車型具有極高的性能參數(shù)，燃料電池系統(tǒng)最大功率110 kW，動力電池短時最大輸出功率100 kW，累計可為車輛提供高達210 kW的瞬時功率輸出。該車設計最高時速200 km/h，百公里加速時間7 s，采用前后雙電機四驅(qū)動力系統(tǒng)，共有3個儲氫瓶，儲氫總量6 kg，續(xù)駛里程600 km，氫氣加注時間3 min。

瑞士Celeroton公司最早從事控制器開發(fā)，現(xiàn)研發(fā)的空壓機具有體積小、重量輕、效率高等優(yōu)點。該公司的CT-22-12000.GB型號空壓機，最大壓比可達2.6、最大流量可達130 g/s，達到國際先進水平。

奧迪的主要合作伙伴是巴拉德公司和現(xiàn)代公司，與巴拉德合作進行電堆開發(fā)，與現(xiàn)代公司共享燃料電池相關專利。同時奧迪致力于模塊化開發(fā)的技術方案，以使特定的燃料電池模塊可以在不同的領域中得到應用。

2.6 通用

通用公司[6]具有超過50年的燃料電池開發(fā)經(jīng)驗，累計具有超過320萬公里的測試里程，規(guī)劃通過燃料電池與純電動的共同發(fā)展，進行優(yōu)勢互補，進而實現(xiàn)通用電氣化發(fā)展的目標。

同治六年（公元1867年）4月，59歲的劉崐接替李瀚章任湖南巡撫。同治十年(1871年)，63歲的劉崐因巴揚阿的誣告而被朝廷撤職。經(jīng)兩廣總督李瀚章查明系無中生有，朝廷諭令“前撫來京”。但劉崐宦海沉浮對做官一事早已心灰意冷,故“因病請假”，在湘就醫(yī)調(diào)理,寓居長沙,沉湎于酒以自放,世以“劉伶第二”稱之。

戴姆勒公司[4]2010年推出的上一代燃料電池車，是以奔馳B級車為原型，最大功率90 kW，截至2018年，戴姆勒公司的最新一代燃料電池GLC系統(tǒng)采用一體化集成布置，動力系統(tǒng)體積減小30%，鉑用量減少90%。戴姆勒公司規(guī)劃將燃料電池和動力電池進行靈活的模塊化應用，并從乘用車推廣到商用車領域。

通用致力于打造復雜多樣的燃料電池氫氣生態(tài)系統(tǒng)，正在探索傳統(tǒng)汽車以外的市場應用，為此通用公司提出了大型貨車、港口應用、航空航天應用、無人水下航行器等多領域的燃料電池系統(tǒng)解決方案。通用也提出了可應用于未來多個領域的燃料電池電動汽車平臺 SURUS（Silent Utility Rover Universal Super?structure），其可用作移動和應急發(fā)電設備、用于災后重建、貨物運輸，還可以供軍隊使用。

3 燃料電池系統(tǒng)及關鍵零部件

總體來看，日本在燃料電池相關材料、機械加工、測試設備、加氫站等方面產(chǎn)業(yè)鏈完善，技術優(yōu)勢明顯，但大部分企業(yè)隸屬于豐田、本田體系。燃料電池相關先進的測試設備，基本都是豐田、本田的供應商，品種齊全，精度和性能優(yōu)良，價位相對較高。本屆展會中國參展企業(yè)明顯增多，涉及雙極板、空壓機、電堆、氫瓶等領域，產(chǎn)品系列逐步完善，但是關鍵技術指標相對國外仍有較大差距。以德國為主的歐美企業(yè)，參展內(nèi)容包含燃料電池系統(tǒng)、電堆、空壓機、回氫裝置、減壓閥、雙極板等，展品大多接近量產(chǎn)水平，技術指標比較先進。下面介紹參展的典型燃料電池系統(tǒng)廠商和零部件廠商的展出情況。

3.1 燃料電池系統(tǒng)

奧地利AVL公司展示了其正在開發(fā)中的GEN1燃料電池系統(tǒng)，如圖1所示，采用德國ElringkLinger電堆，依托奧地利Keytech4EV項目，系統(tǒng)凈輸出功率55～60 kW，具有較高的功率密度，能夠布置于B級（Passat）車型機艙空間內(nèi)。

膜分離法是根據(jù)VOCs中各組分分子大小不同，利用它們通過膜的傳遞速率及擴散能力的差異實現(xiàn)分離的工藝[16]，具有流程簡單、能耗小、運行費用和設備占地面積小的優(yōu)勢，但需要在高壓操作條件下進行，目前氣體膜分離材料還處在不斷發(fā)展的階段。

圖1 AVL公司GEN1燃料電池系統(tǒng)

法國Symbio公司一直致力于成為法國綠色氫氣的生產(chǎn)和分銷領域的行業(yè)的領導者，本次展示了其60 kW燃料電池系統(tǒng)，如圖2所示，主要應用于商用物流車領域，體積相對較大。

圖2 Symbio公司燃料電池系統(tǒng)

武漢眾宇公司業(yè)務覆蓋研發(fā)、制造、銷售燃料電池動力系統(tǒng)，掌握燃料電池從MEA、雙極板，到電堆設計、系統(tǒng)集成開發(fā)等核心技術；目前擁有45 kW和60 kW兩個燃料電池系統(tǒng)平臺，體積相對較大，適用于匹配商用車系統(tǒng)。

綜上所述，在高中化學實驗教學中加入多種形式的信息化技術可以把抽象的原理與知識清晰的展現(xiàn)給學生，并且信息化技術的應用還能夠提高學生對于化學實驗的認識，為其之后的動手操作能力有一個更好的培養(yǎng).但是教師還應該在信息化技術支持的高中化學實驗中不斷探索更好的教學方式方法，加快學生掌握知識的速度，提高化學實驗課的教學效率.

英飛騰公司致力于設計、研發(fā)和生產(chǎn)的氫燃料動力系統(tǒng)，在技術、性能、可靠性和安全性上均處于世界領先水平。該公司生產(chǎn)的燃料電池動力系統(tǒng)被行業(yè)領先的叉車制造商認證使用，開始大量生產(chǎn)并交付。其將燃料電池、功率轉(zhuǎn)換系統(tǒng)和蓄電池等進行一體化集成，為不同類型的車輛提供“交鑰匙”形式的氫動力系統(tǒng)。

3.2 燃料電池電堆

韓國KINECS公司是一家集合質(zhì)子交換膜、雙極板、氣體擴散層、微孔層和催化劑層等為一體的基礎材料部件公司，以該公司生產(chǎn)的膜為例，厚度僅15 μm～18 μm，氫滲透性能優(yōu)異，主要面向車載燃料電池系統(tǒng)。

新源動力展示的HYMOD-70電堆，體現(xiàn)了目前國內(nèi)電堆的最高水平，其峰值功率85 kW，額定功率70 kW，效率可達56%，采用金屬雙極板。雖功率較高，但相比國外同等功率水平的電堆體積較大，在乘用車機艙布置仍較困難。

圖3 ElringkLinger公司NM-5電堆

雄韜氫雄公司是由雄韜股份投資成立的子公司，本次展會展出了其剛開發(fā)的Gen 4金屬板電堆，額定功率50 kW，目前處于樣機階段。

3.3 燃料電池空壓機

上述工藝已成功地應用于三門1、2號機組和海陽1、2號機組空氣導流板導流裝置的制作，共計240件。該工藝施工簡單，能滿足連續(xù)批量化的工業(yè)生產(chǎn)要求，具有良好的質(zhì)量穩(wěn)定性和經(jīng)濟效益。

挪威Pankl公司是一家生產(chǎn)傳統(tǒng)發(fā)動機組件，懸掛組件，傳動系統(tǒng)，航空零部件和工業(yè)零部件的公司。該公司在燃料電池領域，主要開發(fā)空氣供給系統(tǒng)，其空壓機采用無油潤滑空氣軸承，目前有兩款樣機試制成功，分別對應60 kW和100 kW燃料電池系統(tǒng)，如圖4所示。

圖4 Pankl公司空壓機

濰坊富源增壓器公司創(chuàng)建于1972年，是目前國內(nèi)綜合實力最強的渦輪增壓器、空氣懸浮軸承、空氣懸浮離心式壓縮機供應商之一。公司開發(fā)的燃料電池專用離心式空壓機，采用空氣箔片軸承，流量范圍從20～120 g/s，出口最大相對壓力120 kPa。

福建雪人股份公司展出的產(chǎn)品包括螺桿式燃料電池用空壓機、氫氣循環(huán)泵等。其開發(fā)的空壓機具有重量輕、耐磨性好、效率高、體積小、防腐蝕、高精度等特點。其中OA075型空壓機最大空氣流量可達100 g/s，壓比可達2.8，具有IP67的防護等級，達到國際先進水平。

勢加透博公司成立于2011年，其開發(fā)的離心式空壓機具有無油、快響、高效、可靠性高、壽命長、緊湊性好、重量輕、噪音振動小等優(yōu)點。其中展出的XTFCC300燃料電池空壓機，采用兩級增壓，壓比達到2.5，流量108 g/s，應用空氣箔片軸承，具有超過10萬次的啟停壽命。

3.4 燃料電池氫瓶

北京科泰克公司研制了一款70 MPa的Ⅲ型儲氫瓶，規(guī)格65 L，如圖5所示，特點是儲氫重量比較高，達到5%，比豐田IV型瓶的5.7%相比已經(jīng)較為接近，但碳纖維纏繞較多，相對成本比較高。

圖5 科泰克氫瓶

中材科技（成都）有限公司擁有國內(nèi)最大燃料電池氫氣瓶板式拉伸生產(chǎn)線，在國內(nèi)氫燃料電池氣瓶方面處于領軍地位。該公司開發(fā)35 MPa氫氣瓶，容積覆蓋55～165 L，應用涵蓋無人機、乘用車、商用車、叉車等領域，銷量行業(yè)領先。本次展出了該公司正在開發(fā)的70 MPa氫氣瓶，如圖6所示。

一是對專任教師進行手語培訓，雖然時下提倡“去手語化”，但是指的是讓聾生不要依賴于手語，借助智能化設備(電腦、手機等)多用文字與正常人溝通，并不是要求聾生不要學手語、不能用手語，手語仍然是他們的重要表達語言，在教學過程中如果教師能用手語教學，不僅能夠幫助學生更容易理解，而且可以增強師生之間的互動性、提高課堂效率。二是建立穩(wěn)定的教學團隊，師資的保障是基礎，要建立起一支相對固定的教學團隊，適當以外聘教師作為補充。

圖6 中材科技氫瓶

3.5 其他零部件

德國STAIGER公司是一家專業(yè)生產(chǎn)各種高性能微型電磁閥的公司，其展示了多款可用于燃料電池系統(tǒng)的電磁閥，其產(chǎn)品系列的閥門孔徑從0.5 mm到4 mm不等，流量覆蓋范圍較大。

德國ElringkLinger公司，在本次展會上展示了其NM-5系列最大功率60 kW電堆產(chǎn)品，如圖3所示。同時展示了其即將投產(chǎn)的NM-12系列大功率電堆樣件。

通用與本田從2013年開始合作，開發(fā)共用的燃料電池和車載儲氫系統(tǒng)，聯(lián)合開發(fā)電堆、儲氫瓶和關鍵零部件，并于2017年建立了聯(lián)合開發(fā)中心。通過合作，通用和本田能夠充分發(fā)揮各自在燃料電池及其他先進技術領域的經(jīng)驗，學習和研究不同產(chǎn)品的開發(fā)過程，擴展了供應商資源，均攤開發(fā)費用，共享測試設備，并成功帶來了其他方面的合作機會。

上海佑戈金屬科技有限公司是一家主要生產(chǎn)雙極板的公司，其通過主機廠整車4 500 h試驗，雙極板性能未發(fā)生衰退，應用高速化生產(chǎn)和低成本涂層，進而降低了金屬雙極板的價格，雙極板的流場微管路誤差很小，全尺寸高度公差小于15 μm。

上海福宜真空設備有限公司，其專注于雙極板的涂層，該公司生產(chǎn)的“全表面離子鍍膜設備”獲得“上海市真空協(xié)會科技成果一等獎”，雙極板涂層的薄膜厚度僅400 nm，接觸電阻1.5 mΩ/cm2，峰值功率密度可達到1 150 mW/cm2。

4 結(jié)束語

（1）氫產(chǎn)業(yè)鏈越來越完善。進入氫燃料領域的企業(yè)越來越多，產(chǎn)業(yè)分工越來越細化，從上游的材料到下游的小型加氫站，都已經(jīng)有商業(yè)化的產(chǎn)品推出。氫燃料電池汽車越來越接近商業(yè)化推廣。

③資料來源于中國鄉(xiāng)村旅游網(wǎng)：http：//www.crttrip.com/showinfo-13-1578-0.html.《看看浪漫的法國是如何搞鄉(xiāng)村旅游的？》。

（2）日韓領先，歐美跟進，中國起步的格局初步形成。日韓朝著氫能社會的目標，已經(jīng)開展實質(zhì)性工作，車企也積極響應政府的號召，帶動整個氫能領域發(fā)展，走在全球最前；歐美緊跟日韓腳步，在零部件方面開始發(fā)力，涌現(xiàn)出一批技術突出的企業(yè)，技術能力已接近日韓企業(yè)；中國企業(yè)參展數(shù)量僅次于日本，居第二位，已經(jīng)覆蓋雙極板、電堆、空壓機、燃料電池系統(tǒng)、氫瓶等領域，但技術水平仍較國外有明顯差距，而且在材料、精密加工等領域企業(yè)較少，國內(nèi)企業(yè)仍需要加大在基礎領域的研發(fā)力度，打好“根基”。

（3）燃料電池汽車的發(fā)展，目前仍需政府政策引導。燃料電池的發(fā)展，均不是自發(fā)的市場性行為，其與政府的大力支持和長遠規(guī)劃密不可分，政策引導仍是燃料電池產(chǎn)業(yè)發(fā)展的核心要素。日韓政府已經(jīng)明確氫能方向，歐盟也設立氫能發(fā)展規(guī)劃，中國政府已經(jīng)提出氫能戰(zhàn)略，但仍需要長期堅持政策支持。