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燃料电 池汽车开发的定位、方向及路线研究分析

浏览:487   日期: 2017-11-13

燃料电 池汽车研发背景、开发情况、开发方向、技术来源、技术路线、研发障碍系统性研究。

经过10多年的努力,中国电动汽车在2016年产销量超过50万辆,2017年电动 汽车销量将超过70-80万辆,对汽车 产业影响是巨大的。《中国制造2025》发布明 确支持氢能汽车的发展,2016年10月份中 国汽车工程学会发布了燃料电池汽车技术路线图,氢能汽车也在其中。纯电动 汽车产业布局之后,接下来 是燃料电池汽车发展了。下面是 对燃料电池汽车开发定位、方向及路线的研究,与大家分享。

一、燃料电 池汽车开发背景

电动汽 车产业布局基本完成,全面应 用推广态势基本形成,这是政 府强力政策的结果。但是目 前电动汽车与燃油车比较,产品质 量和技术指标性、性价比、使用环境等方面,还是相当大的距离,必须继续努力。但是燃 料电池汽车应用已拉开序幕。

1、汽车强国禁售汽(柴)油汽车时间表,表明替 代燃油汽车是必然的。

①荷兰宣布:从2025年开始 禁止在本国销售传统的汽油和柴油汽车,或许将 成为第一个全面禁止汽油和柴油汽车的国家;

②英国宣布:2040年起全 面禁售汽油和柴油汽车,届时市 场上只允许电动汽车等新能源环保车辆销售;

③法国宣布:到2050年前使 法国成为碳零排放国家,其中最 激进的措施是到2040年时全 面禁止销售汽油和柴油汽车;

④丰田汽车宣布:将在2050年停售纯汽油车,未来丰 田会逐渐推广混动车、燃料电 池车和纯电动车。

2、我国政 府启动了燃油车退出时间表的研究,拉开了 燃料电池汽车应用序幕

①2017年6月25日,科技部 长万钢在吉林长春发表演讲时表示,氢具有来源广泛、大规模稳定储存、持续供应、远距离运输、快速补充等特点,在未来车用能源中,氢燃料 与电力将并存互补,共同支 撑新能源汽车产业发展;

②经过多年发展,我国电动汽 车产业布局基本完成,动力电池总产能超过1000亿瓦时,远超市场需求,已出现产能过剩风险。整体来看,我国电 动汽车产业已出现企业基本饱和、产能局部过剩、投资过度涌入的情况;

③我国初 步掌握了氢能燃料电池汽车和氢能基础设施的核心技术,基本建 立了自主燃料电池汽车动力系统技术平台,氢能燃料电池在寿命、可靠性、使用性 能方面基本达到车辆使用要求;

④2017年9月9日,工信部 副部长辛国斌在泰达论坛上表示,工信部 已经启动了燃油车退出时间表的研究。

二、燃料电 池汽车整车开发情况

①国外:日本丰田、本田,以及韩 国现代等企业已推出市场化的燃料电池乘用车产品,奔驰、丰田、日野等 企业已在燃料电池客车方面取得优势,并且美 国还出现了燃料电池重卡、燃料电 池叉车等新产品、新企业;

②国内:燃料电 池乘用车企业主要有上汽集团,燃料电 池客车企业主要有宇通客车、北汽福田、扬子江汽车、卡威汽车等,具备小批量生产能力。

三、燃料电 池汽车整车开发方向

燃料电 池汽车整车开发的基础是电动汽车技术,燃料电 池车辆驱动必须是电机。燃料电 池不是储能电池,而是车载发电机技术。车载发电机(燃料电池)功率比较小,必须要 与车载储能电池配套使用。

开发燃 料电池汽车的主要方向,是提高 电动汽车持续里程。换一句话,燃料电 池汽车必须比纯电动汽车的里程长1-2倍,才有实际积极价值。电动汽 车目前离前城市公交车、出租车 要求的运营里程,还有一定距离的,但动力 电池进步比较快,满足纯 电汽车在城市公交车和出租车一天运营里程不久就会实现。依靠纯 电汽车满足长途运输,从目前,技术可能性来看不大,或者说,短期内 纯电动汽车要求担任长途运输重担,不太现实;

氢能汽 车是终极的混合动力汽车,燃料电 池是发动机系统,是给车 在储能电池持续充电,压缩在储能罐子氢气,其比能 量远远高于动力电池的比能量,于是可以说,中国氢 能汽车的基本定位:长途运输车辆(大货车),其持续里程必须大于800公里以上是能实现的。

四、燃料电 池汽车研发技术来源

①引进技术为主,自主研发为辅的技术。去理由是,我们和 国外先进技术的差距是客观的,目前要 以利用政府补贴的优势尽快缩小。中国燃 料电池企业不应回避来自全球同行的竞争,充分的 竞争才能将落后者淘汰。如何做 到引进技术和自主创新不冲突是必须要思考的。

②中国企 业要掌握核心技术,技术引 进并不能保证长久,不能依赖思想。可以与国外的材料、工艺以 及零部件厂家合作,实现共赢,从引进的边缘技术,追踪其核心技术,以尽量 少的投入实现掌握核心技术。

五、燃料电 池汽车研发上的障碍

①氢安全 必须要可控和可保障。生产、储运和使用氢气(如:氢气瓶、氢气储罐、氢气场 站等安全管理等)安全法 规及技术标准建设必须加快步伐。

②有关氢 的零部件安全质量,还没得 到有第三方检测认证,给整车 企业的产品研发有一定安全隐患。安全件,必须要有3C认证。

③目前氢 燃料电池发动机与当前锂电池相比,燃料电 池产业链的成本依然高昂。比如,12米大客 车目前每台氢燃料电池发动机国外的在100万元以上,国内也在80万元以上。整车企 业积极研发的燃料电池的动力基本没有。政府补贴后,缺口依然比较大。

六、比较实 用的燃料电池汽车研发技术路线

①做样车。燃料电 池汽车研发总必须面对一个“鸡生蛋、蛋生鸡”的悖论;当初CNG、电动公 交车同样面临过这个问题,整车企 业必须挑起这个担子;

②公交样车由政府买单,培育新 的产业是政府责任。样车研发开始,选10、12米的公交车。政府出的钱,交给燃 料电池公交车生产企业运作,同时考 核整车生产企业;

③样车开发,在政府的指导下,由整车 生产企业主导燃料电池公交车研发,燃料电 池系统生产企业配合,整车生 产企业与零部件生产企业之间实现上市场交易,接受政府监督。这样一来,整车企业可以有产值,零部件 生产企业销售收入,对GDP有贡献;

④在政府的指导下,小批量 的燃料电池汽车的采购,由公交公司运作,接受政府监督;燃料电 池公交车生产企业与公交公司实行市场交易、燃料电 池公交车生产企业与零部件生产企业实行市场交易,接受政府监督。这样一来,氢能汽 车产业链上有产值、有收入。

七、由燃料 电池公交车推广应用成功后,向其他商业车延伸

①纯电动 公交车是公交市场的主力。不宜提 倡用燃料电池公交车替代纯电动公交车;

②燃料电 池公交车推广对一个城市而言必须有一个上限,对1万辆公 交车规模的城市,控制在1000辆以内即可;

③研发燃 料电池公交车是在培育这个市场和配套环境,到1000辆以后,燃料电 池汽车必须转向轻型货车和中型、大型卡车。

八、燃料电 池汽车整车企业布局不宜普遍开花

①我国电 力资源十分丰富,纯电动 汽车门槛相对比较低。纯电动 汽车主要用途是持续里程在350公里以内;

②在自然界不存在氢气。这一点不像CNG、汽油、柴油,其加工 是物理提炼工艺的过程;即使而 氢来源是比较广泛,但是转 换都是化学过程,成本高,运输要必须压缩。氢本身危险性不高,但是经过高比压缩后,却是高度的危险品;

③燃料电 池汽车整车厂选点基本原则;

a)选点应 是工业副氢比较丰厚的省份,工业副氢来源集中在300公里的半径以内;

b)纯电动 汽车生产技术成熟,生产电动汽车有10年以上;

c)燃料电 池汽车技术难度比较高,不宜建 新的燃料电池汽车生产厂家。

九、产品级开发要遵循,从从内到外,技术难 度从低到高的原则

目前燃 料电池汽车研发,2016年如果是元年,2017年开始预热。站在整 车企业的产品开发角度而言,面临困难是相当多的,如何克服,还没有 可以说服自己的有效办法,好在已经有了10多年电 动汽车开发积累。

笔者认为:遵循从内到外的原则、技术难 度从低到高的原则,是不会错的。具体地说:

①公交车 研发最容易获得政府支持。车型选 纯电公交车做基础,目前不宜选货车,如果选 货车没有人买单;

②纯电公交车选10、12米,理由是空间比较大,宜布置;

③车载甲 醇制氢技术的公交车,目前可 以不依赖社会加氢设施,甲醇是液体,化工商店有卖的;

④公交车 车辆不加工车辆,客运车辆,最终还 是要直接用车载氢气发电,车载甲 醇制氢技术运用到运输车辆上是一个过渡;

⑤车载甲 醇制氢技术最后可以用作业车辆和工程车上,就基本可行的;

⑥长途客 车或者长途货车是氢能技术应用最佳情景。

十、燃料电 池汽车与纯电动汽车是一个并存关系

①纯电动 汽车对燃油汽车是一个替代关系;

②氢燃料 汽车定位长途运输车辆,是混合动力车;

③纯电动 汽车定位短途客运或城市配送市场;

④燃料电 池是一个车载发电系统,发电必须要储存起来,在供驱动电机做功,储存电 池是燃料电池车不可缺的系统部件。

总结,纯电动 汽车是氢能汽车的基础,氢能汽 车是充电动汽车的延伸。

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