产业动态

2018-03-13 13:59:49

中国燃料电池汽车发展起步:乘用车还是商用车?

燃料电池汽车是汽车产业未来发展的重要方向,欧美日等国家和地区均高度重视。尤其是日本和韩国,其燃料电池的研发水平已处于全球领先的位置,在燃料电池汽车的耐久性、寿命和成本等方面逐步超越了美国和欧洲。

同样,我国也把发展燃料电池汽车摆在重要位置。《中国制造2025》、《汽车产业中长期发展规划》等文件纷纷将发展氢能和燃料电池技术列为重点任务,将燃料电池汽车列为重点支持领域,并明确提出:2020年实现5000辆级规模在特定地区公共服务用车领域的示范应用,建成100座加氢站;2025年实现五万辆规模的应用,建成300座加氢站;2030年实现百万辆燃料电池汽车的商业化应用,建成1000座加氢站。在纯电动汽车补贴全面退坡的情况下,对燃料电池汽车的补贴保持不变,也显示出强大的支持力度。

2017年9月20日,上海率先发布《上海市燃料电池汽车发展规划》,明确要构建应用驱动的发展模式、规划加氢站建设、建设公共服务平台、创建产业园区、实施重大专项、设立产业基金等。目标是到2030年,实现燃料电池汽车技术和制造总体达到国外同等水平,上海燃料电池汽车全产业链年产值突破3000亿元。2017年底,上汽集团推出FCV80,并在上海市和辽宁抚顺市等区域开始商业化运营,规模约100辆,这是首款真正具有商业化意义的燃料电池产品,标志着我国燃料电池产品走出实验室,进入产业化阶段。

图1:上汽大通FCV80



全球燃料电池汽车发展现状

国外主要汽车公司大都已经完成了燃料电池电动汽车的基本性能研发阶段,解决了若干关键技术问题,其整车性能、可靠性、寿命和环境适应性等各方面均已达到了和传统汽车相媲美的水平。随着这些发达国家的燃料电池汽车技术趋于成熟,其研究重点也逐渐集中到提高燃料电池功率密度、延长燃料电池寿命、提升燃料电池系统低温启动性能、降低燃料电池系统成本、大规模建设加氢基础设施、推广商业化的示范等方面。


全球燃料电池汽车预计将在2020年全面进入商业化阶段,各大公司纷纷将燃料电池汽车上市计划提上日程。现代ix35、丰田Mirai、本田FCX Clarity分别在2013、2015、2016年实现燃料电池汽车产品上市。


我国的燃料电池汽车也已取得了一定的技术突破,初步掌握了燃料电池电堆和关键材料、动力系统与核心部件、整车集成和氢能基础设施的核心技术,实现了整车生产,并在北京奥运会和上海世博会上进行了示范运行。

从燃料电池商用车切入

现在,国外多数氢燃料电池车仍然是以乘用车为主,然而,我国燃料电池乘用车与国外典型产品相比,在整车总布置、动力性、经济性、续航里程等方面与国际的差距不大,但是燃料电池发动机的功率明显低于国外水平,根本原因在于我国装车的燃料电池发动机的体积比功率密度远远低于国外先进水平。而乘用车可以提供燃料电池安装的空间有限,从而限制了我国燃料电池发动机的总功率。而公共汽车、大客车、物流车等商用车对燃料电池堆体积的敏感性较低,技术门槛低,且我国在燃料电池商用车技术开发上积累更多,已经具备了示范运行基础。因此,在目前的技术条件下,依托我国庞大的公共交通领域与发达的物流业,商用车是很好的快速切入点。


传统燃料车的普及与加油站密布有很大关系,燃料电池车推广开来,离不开加氢站的建设。燃料电池乘用车的推广成本高,对加氢站的密度要求也高。而客车及专用车主要用于公共服务领域,运行线路比较固定,便于弥补目前加氢设施的不完善。我国城市公交客车的停车场大多数在郊区,把加氢站建在郊区,燃料电池公交车可以就近加氢。另外,奔跑于各地的货运车辆都从城市的外围经过,在郊区建设加氢站也方便燃料电池货运车加氢。以燃料电池商用车的应用带动氢能基础设施的建设,也将为燃料电池乘用车的普及做好准备,从而更容易扩大市场,实现产业化。


燃料电池的功率特性比较好,可以长时间给车辆供应能源,这种特性注定了商用车更便于发挥燃料电池的续航优势。燃料电池汽车和纯电动汽车最大的区别在于,其并非通过锂离子电池来存储电能,而是通过储气罐中的高浓缩氢气和氧气进行化学反应来提供电能。燃料电池汽车的能量转换效率可高达60%~70%,实际使用效率则是普通内燃机的2倍左右。如今的燃料电池汽车单次续航里程大多可以超过700km,达到目前市场主流纯电动汽车续航里程的2倍左右,更适宜在大型车辆以及长途运输领域得到应用。


此外,在2016-2020年新能源补助中,燃料电池商用车最高可获得50万元的补助,且实行不退坡原则,相比其它类型新能源汽车,补助力度较大,优势较为明显。

燃料电池乘用车应迎头赶上

作为燃料电池技术的实际表征,在国际竞争中,必须加快燃料电池乘用车的技术研发和示范运行。


我国研制的车用燃料电池电堆的体积和重量比功率已达到3.0Kw/L,与国际先进水平接近,燃料电池发动机也已实现在-20℃条件下的储存和启动,-30℃条件下的储存和启动也开发成功。但不可否认的是,我国装车用的燃料电池电堆模块只有2.4Kw/L,远低于丰田的3.2Kw/L。此外,我国车用燃料电池的铂用量也高于国际先进水平,电池系统的空压机和70兆帕的氢瓶仍处于开发阶段。


此外,我国燃料电池汽车产品的可靠性和耐久性还需进一步提升。资料显示,现代汽车的新一代燃料电池汽车NEXO在耐久性方面已达到10年内保障运行16万公里的水平,与传统燃油汽车水平相当。上汽荣威950燃料电池汽车累计运行时间约为3000小时,离实际应用所需的5000小时还存在较大差距。因此,必须通过开展大规模示范运行,来验证和提高发动机的可靠性与耐久性。


虽然我国自主品牌燃料电池乘用车仅正式推出一款产品,但事实上,我国多家乘用车企业已经纷纷开始了在燃料电池乘用车领域的产品布局。上汽、一汽、东风和长城都在加紧进军燃料电池乘用车领域。我国在发展燃料电池乘用车方面可充分利用纯电动汽车发展所积累下的技术红利,主要体现在电驱动方面关键部件的技术优势,例如电池、电机、电控和电流元件等。此外,我国在燃料电池乘用车整车集成技术方面的技术储备并非一片空白,在实验室环境中具备相当竞争力,只是在产业化这一步还停滞不前。因此,相信在国家政策的引导与支持下,在企业与研发单位的通力合作下,到2020年,我国燃料电池乘用车领域将呈现更好的发展态势。


审核:刘小潮

审批:丁晓华