國內氫燃料電池汽車產業現狀及發展前景

袁中 周定華 陳大華

奇瑞商用車（安徽）有限公司 安徽省蕪湖市 241006

1 引言

能源無疑是當今全世界共同關注的一大話題，隨著汽車保有量不斷增加，世界范圍內的能源危機和能源消耗導致的氣候問題已經引起各國普遍重視。氫燃料電池利用氫氣和空氣中的氧氣結合產生電和水，效率高、無污染、噪音低，被公認為21世紀最有潛力的車用發動機，是未來新能源清潔動力汽車的必然方向，是替代石油燃料發動機的理想解決方案之一，因此世界上許多國家都在積極研究燃料電池電動汽車 。

因此，在國家多能源戰略下，因地制宜大力發展氫能源，推廣氫燃料電池汽車不失為一種最佳的選擇。

2 氫燃料電池汽車發展現狀

2.1 國外氫燃料電池汽車發展現狀

從國際上來看，氫燃料電池車的發展分為三個階段：

第一階段，1990年到2005年，技術可行性驗證。1990年美國能源署開始制訂氫能和燃料電池研發和示范項目，世界發達國家（地區）紛紛加緊氫能與燃料電池研發部署。因對這項技術攻關難度理解不夠，三輛氫燃料電池車在芝加哥上路運行不到一個月全部垮掉，認識到燃料電池不適用于汽車工況。

第二階段，2005年到2012年，技術攻關與性能提升。解決燃料電池的工況適應性問題，燃料電池比功率達到了2kW/L，在-30℃也能儲存和啟動，基本上滿足了車用要求。

第三階段，2012年至今，商業化推廣，燃料電池比功率達到3.1kW/L。

豐田氫燃料電池車Mirai于2014年12月15日宣布商業化，開始面向普通消費者銷售。2015年7月，寶馬發布基于現款i8打造的i8 FCV試裝車，最大續航里程483km。2015年7月，豐田與日野聯合推動零排放燃料電池大巴運用，在東京大都會區進行路測， 2016件3月本田開始租售Clarity燃料電池車。2016年4月現代汽車為德國BeeZero公司提供燃料電池車ix35，開展汽車共享服務。2018美國CES展上，韓國現代汽車在發布了一款全新的氫燃料電池SUV汽車NEXO車型， 新車基于現代可定制平臺打造，代表了現代新能源技術的最高水平。

2.2 國內氫燃料電池汽車發展現狀

2.2.1 燃料電池轎車

“十一五”新一代燃料電池轎車動力系統結合整車平臺的改變，采用扁平化的動力系統布置方式，燃料電池發動機氫氣子系統、空氣子系統與冷卻系統采用模塊化分散布置的模式，增加了動力系統與整車適配的柔性，明顯提升整車的人機工程性能。同時，優化集成DC/DC變換器、DC/AC控制器以及電動空調和低壓變換器等功率元器件的動力系統控制單元，在提升模塊化的同時方便集中處理電磁兼容、系統冷卻以及電安全等問題，體現了電動汽車動力系統集成設計的方向。

2.2.2 燃料電池城市客車

我國燃料電池城市客車研發采用不同的技術路線，探索對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力方案，在“十五”基礎上，“十一五”期間燃料電池城市客車在電動化底盤、混合動力、整車控制和燃料電池動力系統耐久性、氫電安全性、整車燃料經濟性方面取得新突破。基于國家標準城市公交循環的整車氫耗≤8.5kg/100km，達到國際先進水平。在車輛性能和配置基本相當情況下，生產成本只有國外30%。

2.2.3 國內燃料電池汽車產品應用與示范運行

2008年4月，福田發布福田歐V燃料電池客車，完成包括北京奧運示范在內的北京公交線路為期1年商業化示范運行任務，累計運行超過6萬公里。同年，帕薩特燃料電池轎車獲得國家汽車產品公告，20輛燃料電池轎車車隊在2008北京奧運會期間示范運行。2009年，完成2008年北京奧運示范的16輛帕薩特燃料電池轎車赴美國加州與通用、本田、現代、豐田等一起在美國加州薩克拉門托參與國際化示范運營。2010年世博會期間，同濟大學、上燃動力與上汽通力合作，196輛燃料電池車輛投入示范運行，包括90輛燃料電池轎車、6輛燃料電池公交客車、100輛燃料電池觀光車。上汽集團的“上海牌”燃料電池轎車、上海大眾帕薩特燃料電池轎車、一汽奔騰燃料電池轎車、長安志翔燃料電池轎車、奇瑞東方之子燃料電池轎車組成的車隊參加了中國最大規模的燃料電池轎車示范應用。2010年我國研制的燃料電池城市客車走出國門，在新加坡完成揭幕和試運行儀式，并作為首屆青年奧運會官方新能源示范車服務青奧會。

由此可見，我國燃料電池汽車正處于商業化示范運行考核與應用階段。

3 燃料電池汽車關鍵技術國內現狀

在燃料電池汽車車型平臺開發方面，以上汽股份、上海大眾、一汽、長安、奇瑞等公司為代表開發的燃料電池轎車均基于傳統內燃車或純電動汽車進行改制，尚未掌握燃料電池汽車專用車身、底盤開發、底盤動力學主動控制等關鍵技術，而長城汽車正在開發的燃料電池汽車則是基于為燃料電池汽車動力系統全新打造的專用化整車平臺，計劃于2022年推向市場，屆時將成為具有國際領先水平的中國燃料電池汽車。

在燃料電池電堆開發方面，已形成包括明天氫能、新源動力、武漢理工新能源、弗爾賽、等在內的具有自主知識產權的燃料電池電堆生產廠家，在電堆上游配套方面，MEA、碳紙、質子膜、石墨雙極板和金屬雙極板等均已實現國產化。目前已具備60kW以內的單個燃料電池電堆開發能力，體積比功率基本可達到2.0kW/L，與國際領先水平3.1kW/L仍有差距。

在車載儲氫和供氫技術方面，我國基本掌握了35MPa高壓儲氫罐和加注系統關鍵技術，實現高壓氫氣瓶等部件國產化開發，但某些關鍵閥門、管路、傳感器等國內尚停留在研究或小批量階段，仍依賴進口。70MPa氫氣存儲關鍵技術已取得突破，III型儲氫瓶已有批量產品，但閥門、管路等關鍵部件仍然處在研發階段，這就制約了我國低成本燃料電池乘用車的開發進程。在供氫方面，國內已開發出可滿足60kW以內燃料電池發動機需求的引射式供氫組件產品，而對于回氫泵，尚未掌握其核心技術。

在燃料電池用無油空壓機方面，雪人股份通過股權收購的方式取得了雙螺桿空壓機的核心技術，德燃動力通過自主開發的方式已掌握可滿足60kW以內燃料電池發動機用空壓機技術，另外清華大學、西安交通大學等高校也在燃料電池用空壓機方面進行了大量研究和開發工作。

在燃料電池發動機可靠性、壽命和環境適應性方面，在車載工況下，目前的使用壽命在3600小時左右， 大約3000km需要進行相應的維護，冷啟動溫度為-20℃，這與國外的燃料電池發動機相比，尚有差距，制約了我國燃料電池汽車的商業化推廣。

4 總結及展望

我國燃料電池用的各種關鍵材料和零部件的測試性能和試用性能都基本接近或達到了國際水平，但是國內燃料電池關鍵部件還沒有形成很大市場，尚處于商業化初始階段。因此，現階段燃料電池車開發成本較高。

我國具有發展燃料電池汽車的優勢：

（1）我國高度重視新能源汽車的發展，通過十多年的努力，政府部門及產業各界積累了豐富的新能源汽車研發、產業化和推廣應用經驗，形成了較強的電驅動系統技術體系和產業基礎，將有效支撐我國氫能燃料電池汽車的健康發展。

（2）具有豐富的工業低成本副產氫氣，且清潔能源規模巨大，可從風力發電、光伏發電、水力發電等可再生能源中制取氫氣，因此我國氫能資源豐富，獲取路徑多樣，有利支撐我國氫燃料電池規模化發展

（3）我國汽車產業發展迅速，產銷量全球第一，新能源汽車保有量和產銷量巨大，易于形成規模效應加速全球氫燃料電池汽車發展。

（4）隨著我國城鎮化、城市化加速，仍有較大的增長空間，新能源發展成為國家戰略，氫能燃料電池汽車在我國規模化的應用將引領全球產業化發展步伐。

因此，在國家多能源戰略的支持下，以及隨著已具雛形的長三角“氫走廊”的西擴北延，氫燃料電池客車、物流車必然會迅速涌進市場，進而帶動氫基礎設施的完善，并進一步促進氫燃料乘用車的發展。