摩托車氫燃料電池標準體系建設研究

賀文杰 胡 瑞 蘇 梅 秦彥周

（1-天津內燃機研究所（天津摩托車技術中心）天津 300072 2-先進內燃動力全國重點實驗室（天津大學））

引言

隨著國家雙碳戰(zhàn)略的提出，氫燃料電池越來越受到關注和青睞。汽車領域已經(jīng)開發(fā)出諸多氫燃料電池技術，相關部門也出臺了多項汽車氫燃料電池技術標準。然而，在摩托車領域，氫燃料電池技術應用起步較晚，目前尚無完整和成熟的摩托車氫燃料電池標準體系。本文參考國內汽車氫燃料電池標準體系，建設了國內摩托車氫燃料電池標準體系框架，以期為摩托車氫燃料電池行業(yè)的發(fā)展提供指導。

1 雙碳戰(zhàn)略推動摩托車氫燃料電池標準建設

2020 年9 月，我國正式提出雙碳戰(zhàn)略，即在2030年之前實現(xiàn)碳達峰，在2060 年之前實現(xiàn)碳中和[1]。雙碳戰(zhàn)略積極倡導節(jié)能、減排、提高效率和清潔轉型，要實現(xiàn)雙碳戰(zhàn)略的目標，必須構建新型能源體系。機動車領域各方為了踐行國家雙碳戰(zhàn)略，積極開展產(chǎn)品轉型，以實現(xiàn)機動車碳排放歸零。在目前的新能源車輛中，純電動車輛存在續(xù)駛里程偏短、低溫虧電、充電偏慢等缺點，而氫燃料電池車輛加氫速度較快，續(xù)駛里程較長、能效較高的特點受到行業(yè)和市場的關注和青睞。在汽車和摩托車領域，目前最有潛力的新能源技術是氫燃料電池技術，氫燃料電池技術是實現(xiàn)雙碳戰(zhàn)略目標的主要技術之一。為此，制定相關的氫燃料電池標準是非常有必要的。

2 市場需求推動摩托車氫燃料電池標準建設

國內外的摩托車和電動自行車產(chǎn)品中已經(jīng)出現(xiàn)了以氫燃料電池為動力的車輛。

鈴木公司于2010 年開展燃料電池摩托車研究，并于2014 年6 月推出了一款可量產(chǎn)的BURGMAN Fuel-Cell 氫燃料電池兩輪摩托車。該車型是在原有車型BURGMAN 200 的基礎上進行改進的，在車速為30 km/h 的條件下，續(xù)駛里程可達350 km；在車速為60 km/h 的條件下，續(xù)駛里程可達120 km；在10 L儲氫氣罐條件下，400 s 可完成燃料補給。2017 年3月，鈴木公司有18 輛BURGMAN Fuel-Cell 氫燃料電池兩輪摩托車取得了牌照。同年，鈴木公司為英國倫敦警察局配備了該款氫燃料電池摩托車[2]。

宗申氫能源公司（宗申動力子公司）自主研發(fā)了一款氫燃料電池系統(tǒng)，并將其搭載在宗申森藍E-RT3 車型上。新車型具有“零排放、強動力、長續(xù)航”的優(yōu)勢，協(xié)同宗申機車公司的摩托車整車調教后，在內部測試時，實現(xiàn)了“雙100（車速為100 km/h 和續(xù)駛里程為100 km）”性能指標（35 MPa 下）；加滿氫氣只需2～3 min；整車最大續(xù)駛里程可接近150 km，并可滿足全天候使用需求。同時，通過車載供氫系統(tǒng)高溫保護、過壓保護、低壓報警、泄漏檢測等安全設計，車輛氫氣系統(tǒng)的安全性得到高度保障[3]。值得注意的是，該車型的結構和外形與其燃油車型一致。

九號科技有限公司推出了一款氫燃料電池電動自行車B65H，該車型結構和現(xiàn)有車型電動九號CC60類似，并搭載固態(tài)儲氫瓶。和宗申氫能源公司、鈴木公司的氣罐儲氫相比，九號科技有限公司的固態(tài)儲氫瓶，使加氫變?yōu)閾Q氫。在110 g（2 個1 L 儲氫瓶）條件下，該車型續(xù)駛里程可達110 km，更換固態(tài)儲氫罐時間小于120 s。受限于電動自行車標準要求，最高車速只有25 km/h[4]。雖然如此，由于電動自行車和電動輕便摩托車結構和外形的相似性，可預見，該技術可用于相同結構和外形的摩托車上。此外，九號科技有限公司還在研發(fā)一款搭載固態(tài)儲氫瓶的電動摩托車Segway APEX H2，預估最高時速可以達到150 km/h[5]。

隨著雙碳戰(zhàn)略的提出，包括摩托車、電動自行車在內，搭載氫燃料電池的車輛越來越受到關注和重視，這為摩托車氫燃料電池標準的制定提供了前提條件，使其變得可行和必要。

3 汽車氫燃料電池標準體系建設情況

據(jù)統(tǒng)計，汽車領域氫燃料電池的核心標準共計32 個（部分標準處于計劃制訂階段），見表1。

表1 汽車領域氫燃料電池標準匯總

這32 個核心標準分為整車、電池、電池堆、氣瓶、氫系統(tǒng)、運行規(guī)范、發(fā)動機、加注及加注連接裝置等9 大類，如圖1 所示。其中，整車類標準最多，為10個，占核心標準的31%。

圖1 汽車燃料電池核心標準分類匯總

汽車氫燃料電池標準中要求和規(guī)范的參數(shù)如圖2 所示。

圖2 汽車氫燃料電池標準中要求和規(guī)范的參數(shù)

由此可知，在國內的汽車領域，氫燃料電池標準體系建設已較為完善。

4 摩托車氫燃料電池標準體系建設

在國內的摩托車領域，目前還沒有相關的氫燃料電池標準。根據(jù)雙碳戰(zhàn)略、市場情況，可參考汽車氫燃料電池標準體系建設摩托車氫燃料電池標準體系。這個體系可包括整車、電池及電池堆、供能系統(tǒng)、加注及連接裝置、運行規(guī)范等5 大類別，如圖3 所示。

圖3 摩托車氫燃料電池標準體系規(guī)劃

摩托車氫燃料電池標準體系要求和規(guī)范的參數(shù)設置如圖4 所示。

圖4 摩托車氫燃料電池標準體系要求和規(guī)范的參數(shù)設置

根據(jù)上述規(guī)劃和設置，可先期重點制定17 個標準，以支撐標準體系的建設。這些標準可包括術語和定義、定型試驗規(guī)程、安全要求、能量消耗量及續(xù)駛里程、氫氣消耗量、最高車速、加氫槍、加氫口等產(chǎn)品技術和示范運行相關內容，見表2。

表2 摩托車燃料電池標準體系建設框架

5 結束語

本文分析了氫燃料電池技術在雙碳戰(zhàn)略中的重要性、摩托車領域氫燃料電池車輛的開發(fā)情況，根據(jù)國內汽車氫燃料電池的標準體系，建設了國內摩托車氫燃料電池標準體系框架。該標準體系盡可能地涵蓋車輛安全、能源、動力等基本特性和技術，可填補國內摩托車氫燃料電池標準體系的空白，為國內摩托車氫燃料電池標準體系的建立提供了方向、設想、參考和建議。

由于摩托車氫燃料電池技術起步較晚，市場上相關產(chǎn)品較少，遠不如汽車相關產(chǎn)品豐富和成熟，本文所建設的摩托車氫燃料電池標準體系框架尚需進一步完善并根據(jù)未來實際情況持續(xù)調整。國內摩托車氫燃料電池標準體系的建立需要國家主管部門、認證機構、檢測機構、行業(yè)協(xié)會、生產(chǎn)企業(yè)、終端用戶等共同努力，只有建立一套完整、成熟、有效的摩托車氫燃料電池標準體系，才能有針對性地指導和引導摩托車領域氫燃料電池技術發(fā)展，為國家雙碳戰(zhàn)略目標的實現(xiàn)做出切實有效的貢獻。