插電式氫燃料電池汽車研究現(xiàn)狀及未來發(fā)展概述

郭凱

摘 要：作為新能源電池汽車的研究方向之一，插電式氫燃料電池汽車技術(shù)已經(jīng)引起世界各國的廣泛關(guān)注。隨著國家政策的推動，盡管面臨一系列制約條件，插電式氫燃料電池汽車仍然得到長足發(fā)展。文章主要對當(dāng)前插電式氫燃料電池汽車的研究現(xiàn)狀進(jìn)行了分析，提出制約其發(fā)展的影響因素及相應(yīng)建議，并對未來插電式氫燃料電池汽車的發(fā)展做出預(yù)測。

關(guān)鍵詞：插電式氫燃料電池;汽車;研究現(xiàn)狀;發(fā)展預(yù)測

中圖分類號：TM911.42 ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A ?文章編號：1671-7988（2020）16-06-03

Abstract： As one of the research directions of new energy battery vehicles， plug-in hydrogen fuel cell vehicle technology has attracted widespread attention from countries around the world. With the promotion of national policies， despite facing a series of constraints， plug-in hydrogen fuel cell vehicles have still made considerable progress. This article mainly analyzes the current research status of plug-in hydrogen fuel cell vehicles， puts forward influencing factors and corresponding suggestions to restrict its development， and makes predictions on the future development of plug-in hydrogen fuel cell vehicles.

Keywords： Plug-In Hydrogen Fuel Cell; Automobile; Research Status; Development Forecast

CLC NO.： TM911.42 ?Document Code： A ?Article ID： 1671-7988（2020）16-06-03

前言

隨著我國汽車生產(chǎn)量持續(xù)增長，對能源的巨大需求和大氣污染的治理形成巨大挑戰(zhàn)。面對這樣的處境，插電式氫燃料電池汽車出現(xiàn)在人們的視野，以其零排放、零污染等特征得到了廣泛關(guān)注，吸引了大批研究者的興趣。

1 國內(nèi)外插電式氫燃料電池汽車的發(fā)展現(xiàn)狀

1.1 國外插電式氫燃料電池汽車的研究現(xiàn)狀

梅賽德斯奔馳的插電式氫燃料電池車GLC F-Cell，已經(jīng)具備量產(chǎn)的可行性[1]。這款車除了加氫發(fā)電外，還可以直接插電給電池充電，成為世界上首款采用插電式燃料電池技術(shù)的混動車型。整個動力系統(tǒng)具有Hybrid、F-Cell、Battery及Charge四種模式。

在Hybrid模式下，系統(tǒng)將同時從氫燃料電池系統(tǒng)與鋰電池獲取電能，如圖1。

在F-Cell模式下，系統(tǒng)只會消耗氫來提供電動機(jī)所需的電力，如圖2。

Battey模式代表GLC F-Cell化身為一般純電動車，如圖3。

現(xiàn)代旗下 Genesis品牌也推出了一款概念SUV車型 GV80[2]。廠商表示：該車采用了最新的插電式氫燃料電池技術(shù)，兼顧了環(huán)保與性能表現(xiàn)。但是現(xiàn)代并沒有深入講解GV80的細(xì)節(jié)，當(dāng)前它還停留在概念階段，無法保證它會很快投入生產(chǎn)。

1.2 國內(nèi)插電式氫燃料電池汽車的發(fā)展現(xiàn)狀

2014年，上汽乘用車發(fā)布了一款插電式氫燃料電池轎車榮威950 Fuelcell[3]。

該車搭載有兩個氫氣瓶，儲量達(dá)4.34公斤，車輛最大續(xù)航里程為400公里。

2019年，長安新能源CS75插電式氫燃料電池車正式亮相[4]。該車?yán)m(xù)航里程可達(dá)510km，其中氫燃料模式下續(xù)航450km，純電模式下續(xù)航60km。另外，該車只需五分鐘即可將氫充至700bar。

2 制約插電式氫燃料電池汽車發(fā)展的影響因素

2.1 燃料電池壽命短、成本高

氫燃料電池車使用壽命短是因?yàn)槭褂玫拇呋瘎勖?，電池?nèi)電極容易“中毒”而使其壽命大打折扣。此外，車輛復(fù)雜的工況運(yùn)行也是導(dǎo)致燃料電池壽命較低的原因之一。

在我國，制氫的主要方法有四種：煤轉(zhuǎn)化制氫、天然氣蒸汽轉(zhuǎn)化制氫、甲醇或氨裂解制氫、水電解制氫[5]，各制氫方法成本如表1所示。從表中可以看出，不管哪種制氫方法，都有著高昂的成本。

2.2 氫氣加注站網(wǎng)點(diǎn)少、配套服務(wù)建設(shè)滯后

根據(jù)H2stations.org數(shù)據(jù)庫的統(tǒng)計(jì)，2019年全球新增了83個加氫站，總數(shù)達(dá)到了432個[6]。圖4展示了2014-2019年全球加氫站數(shù)量變化情況。從圖中可以看出，雖然全球加氫站數(shù)量逐年增加，但是對比全球汽車保有量來說，還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足當(dāng)下市場需求。

圖5展示了我國各省市加氫站的分布情況。從圖中可以看出，我國的加氫站主要分布在東南地區(qū)及沿海發(fā)達(dá)城市，而在其他欠發(fā)達(dá)地區(qū)，加氫站的數(shù)量遠(yuǎn)不能滿足市場需要，這很大程度上制約了插電式氫燃料電池汽車的發(fā)展[5]。

2.3 嚴(yán)苛的制取、儲存條件

高純度氫氣的制取過程不僅復(fù)雜，且必須消耗大量的能量。為了保證燃料電池汽車的續(xù)航里程，必須采用高壓容器對密度較小的氫氣進(jìn)行壓縮儲存，使得氫氣罐制造成本大大提高[7]。據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，如圖6所示，2012-2018年，我國氫氣產(chǎn)量雖然呈逐年遞增趨勢，但增速較慢，離氫能源的廣泛普及還有很長的路要走。

2.4 安全性存疑

氫燃料電池汽車要想實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)化、商業(yè)化甚至完全替代燃油車，消費(fèi)者的認(rèn)可度將是最直接的決定性因素。目前，消費(fèi)者對氫燃料電池汽車的認(rèn)可度偏低，主要是對氫燃料電池汽車的安全性存在疑慮。并且，產(chǎn)業(yè)總體上對燃料電池汽車安全性認(rèn)識不足，燃料電池汽車設(shè)計(jì)及應(yīng)用中的安全性要求積累不夠。工業(yè)和信息化部已經(jīng)編制了《氫燃料電池汽車安全指南（2019）》[9]，系統(tǒng)地梳理了燃料電池汽車、關(guān)鍵部件及系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、使用等各個環(huán)節(jié)的安全風(fēng)險及其防范措施，極大提高了燃料電池汽車全生命周期安全性水平。

3 插電式氫燃料電池汽車的未來發(fā)展

由于當(dāng)前世界每年的能源消耗巨大，終將面臨能源枯竭的危機(jī)，世界各國都在快速推進(jìn)氫燃料電池汽車的發(fā)展，并且都帶著政策屬性，志在必得。圖7展示了到本世紀(jì)中葉我國氫能的需求量預(yù)測情況。

從圖中可以看出，預(yù)計(jì)到2050年氫能在我國能源體系中的占比將達(dá)到10%左右。與此同時，《中國氫能源及燃料電池產(chǎn)業(yè)白皮書》指出屆時加氫站網(wǎng)絡(luò)將構(gòu)建完成，氫燃料電池汽車的產(chǎn)量將達(dá)到520萬輛/年，燃料電池車輛保有量達(dá)到1000萬輛[8]。因此我們可以大膽的預(yù)測，插電式氫燃料汽車的發(fā)展是大勢所趨，是歷史發(fā)展的必然結(jié)果，相信在經(jīng)過不斷的改進(jìn)和創(chuàng)新，插電式氫燃料電池汽車必將得到廣大消費(fèi)者的認(rèn)可和青睞，甚至可能完全替代傳統(tǒng)的燃油車，成為行業(yè)主流。

4 結(jié)論

雖然現(xiàn)在大部分插電式氫燃料汽車依然處在概念設(shè)計(jì)階段，離最終的量產(chǎn)化還有一定距離，但是憑借其獨(dú)有的環(huán)保節(jié)能優(yōu)勢，隨著技術(shù)的不斷成熟、國家政策的不斷推動、消費(fèi)者認(rèn)可度的不斷提升，插電式氫燃料電池汽車完全有可能取代傳統(tǒng)汽車成為行業(yè)主流。

參考文獻(xiàn)

[1] 姜澈.燃料電池加身，奔馳GLC F-CELL國內(nèi)首發(fā)[EB/OL]. （2019- 06-11）[2020-03-19].https：//www.autohome.com.cn/ news/ 201906/ 937467.html.

[2] 制造加工.現(xiàn)代展示Genesis GV80插電式氫燃料豪華SUV概念車型[EB/OL].（2017-04-17）[2020-04-07]. http：// www.execunet.cn/ newsinfo. asp？id=1527447.

[3] 電動汽車時代網(wǎng).首發(fā)：榮威950 Fuel Cell[EB/OL]. （ 2014-04-20） [2020-04-09]. https：//www.zhev.com.cn /news/show-1397963582. html.

[4] 石瑞，趙月.續(xù)航里程超500km長安CS75氫燃料電池車亮相[EB/ OL].（ 2019-08-27）[2020-04-10]. http：//www. 12365auto.com/xcdg/ 20190827/404006.shtml.

[5] 劉海利.氫燃料電池汽車加氫站的現(xiàn)狀與前景[J].石油庫與加油站， 2019，28（3）：21-24.

[6] 中國儲能網(wǎng)新聞中心.2019年全球加氫站新增83座，累計(jì)432座[EB/OL].（ 2020-02-24）[2020-04-15].http：// www.escn.com.cn/news /show-812980.html.

[7] Hao H，Mu Z，Liu Z，etc.Abating transport GHG emissions by hydro -gen fuel cell vehicles： Chances for the developing world[J].Fron -tiers in Energy，2018，12（15）：1-15.

[8] 中國氫能聯(lián)盟.中國氫能源及燃料電池產(chǎn)業(yè)白皮書[Z].北京，2019.

[9] 中國汽車工業(yè)協(xié)會，中國汽車動力電池產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新聯(lián)盟燃料電池分會.氫燃料電池汽車安全指南（2019版）[Z].北京：工業(yè)和信息化部，2019.