国内氢燃料电池汽车产业现状及发展前景

袁中 周定华 陈大华

奇瑞商用车（安徽）有限公司 安徽省芜湖市 241006

1 引言

能源无疑是当今全世界共同关注的一大话题，随着汽车保有量不断增加，世界范围内的能源危机和能源消耗导致的气候问题已经引起各国普遍重视。氢燃料电池利用氢气和空气中的氧气结合产生电和水，效率高、无污染、噪音低，被公认为21世纪最有潜力的车用发动机，是未来新能源清洁动力汽车的必然方向，是替代石油燃料发动机的理想解决方案之一，因此世界上许多国家都在积极研究燃料电池电动汽车 。

因此，在国家多能源战略下，因地制宜大力发展氢能源，推广氢燃料电池汽车不失为一种最佳的选择。

2 氢燃料电池汽车发展现状

2.1 国外氢燃料电池汽车发展现状

从国际上来看，氢燃料电池车的发展分为三个阶段：

第一阶段，1990年到2005年，技术可行性验证。1990年美国能源署开始制订氢能和燃料电池研发和示范项目，世界发达国家（地区）纷纷加紧氢能与燃料电池研发部署。因对这项技术攻关难度理解不够，三辆氢燃料电池车在芝加哥上路运行不到一个月全部垮掉，认识到燃料电池不适用于汽车工况。

第二阶段，2005年到2012年，技术攻关与性能提升。解决燃料电池的工况适应性问题，燃料电池比功率达到了2kW/L，在-30℃也能储存和启动，基本上满足了车用要求。

第三阶段，2012年至今，商业化推广，燃料电池比功率达到3.1kW/L。

丰田氢燃料电池车Mirai于2014年12月15日宣布商业化，开始面向普通消费者销售。2015年7月，宝马发布基于现款i8打造的i8 FCV试装车，最大续航里程483km。2015年7月，丰田与日野联合推动零排放燃料电池大巴运用，在东京大都会区进行路测， 2016件3月本田开始租售Clarity燃料电池车。2016年4月现代汽车为德国BeeZero公司提供燃料电池车ix35，开展汽车共享服务。2018美国CES展上，韩国现代汽车在发布了一款全新的氢燃料电池SUV汽车NEXO车型， 新车基于现代可定制平台打造，代表了现代新能源技术的最高水平。

2.2 国内氢燃料电池汽车发展现状

2.2.1 燃料电池轿车

“十一五”新一代燃料电池轿车动力系统结合整车平台的改变，采用扁平化的动力系统布置方式，燃料电池发动机氢气子系统、空气子系统与冷却系统采用模块化分散布置的模式，增加了动力系统与整车适配的柔性，明显提升整车的人机工程性能。同时，优化集成DC/DC变换器、DC/AC控制器以及电动空调和低压变换器等功率元器件的动力系统控制单元，在提升模块化的同时方便集中处理电磁兼容、系统冷却以及电安全等问题，体现了电动汽车动力系统集成设计的方向。

2.2.2 燃料电池城市客车

我国燃料电池城市客车研发采用不同的技术路线，探索对比了能量混合型和功率混合型两种不同的燃料电池混合动力方案，在“十五”基础上，“十一五”期间燃料电池城市客车在电动化底盘、混合动力、整车控制和燃料电池动力系统耐久性、氢电安全性、整车燃料经济性方面取得新突破。基于国家标准城市公交循环的整车氢耗≤8.5kg/100km，达到国际先进水平。在车辆性能和配置基本相当情况下，生产成本只有国外30%。

2.2.3 国内燃料电池汽车产品应用与示范运行

2008年4月，福田发布福田欧V燃料电池客车，完成包括北京奥运示范在内的北京公交线路为期1年商业化示范运行任务，累计运行超过6万公里。同年，帕萨特燃料电池轿车获得国家汽车产品公告，20辆燃料电池轿车车队在2008北京奥运会期间示范运行。2009年，完成2008年北京奥运示范的16辆帕萨特燃料电池轿车赴美国加州与通用、本田、现代、丰田等一起在美国加州萨克拉门托参与国际化示范运营。2010年世博会期间，同济大学、上燃动力与上汽通力合作，196辆燃料电池车辆投入示范运行，包括90辆燃料电池轿车、6辆燃料电池公交客车、100辆燃料电池观光车。上汽集团的“上海牌”燃料电池轿车、上海大众帕萨特燃料电池轿车、一汽奔腾燃料电池轿车、长安志翔燃料电池轿车、奇瑞东方之子燃料电池轿车组成的车队参加了中国最大规模的燃料电池轿车示范应用。2010年我国研制的燃料电池城市客车走出国门，在新加坡完成揭幕和试运行仪式，并作为首届青年奥运会官方新能源示范车服务青奥会。

由此可见，我国燃料电池汽车正处于商业化示范运行考核与应用阶段。

3 燃料电池汽车关键技术国内现状

在燃料电池汽车车型平台开发方面，以上汽股份、上海大众、一汽、长安、奇瑞等公司为代表开发的燃料电池轿车均基于传统内燃车或纯电动汽车进行改制，尚未掌握燃料电池汽车专用车身、底盘开发、底盘动力学主动控制等关键技术，而长城汽车正在开发的燃料电池汽车则是基于为燃料电池汽车动力系统全新打造的专用化整车平台，计划于2022年推向市场，届时将成为具有国际领先水平的中国燃料电池汽车。

在燃料电池电堆开发方面，已形成包括明天氢能、新源动力、武汉理工新能源、弗尔赛、等在内的具有自主知识产权的燃料电池电堆生产厂家，在电堆上游配套方面，MEA、碳纸、质子膜、石墨双极板和金属双极板等均已实现国产化。目前已具备60kW以内的单个燃料电池电堆开发能力，体积比功率基本可达到2.0kW/L，与国际领先水平3.1kW/L仍有差距。

在车载储氢和供氢技术方面，我国基本掌握了35MPa高压储氢罐和加注系统关键技术，实现高压氢气瓶等部件国产化开发，但某些关键阀门、管路、传感器等国内尚停留在研究或小批量阶段，仍依赖进口。70MPa氢气存储关键技术已取得突破，III型储氢瓶已有批量产品，但阀门、管路等关键部件仍然处在研发阶段，这就制约了我国低成本燃料电池乘用车的开发进程。在供氢方面，国内已开发出可满足60kW以内燃料电池发动机需求的引射式供氢组件产品，而对于回氢泵，尚未掌握其核心技术。

在燃料电池用无油空压机方面，雪人股份通过股权收购的方式取得了双螺杆空压机的核心技术，德燃动力通过自主开发的方式已掌握可满足60kW以内燃料电池发动机用空压机技术，另外清华大学、西安交通大学等高校也在燃料电池用空压机方面进行了大量研究和开发工作。

在燃料电池发动机可靠性、寿命和环境适应性方面，在车载工况下，目前的使用寿命在3600小时左右， 大约3000km需要进行相应的维护，冷启动温度为-20℃，这与国外的燃料电池发动机相比，尚有差距，制约了我国燃料电池汽车的商业化推广。

4 总结及展望

我国燃料电池用的各种关键材料和零部件的测试性能和试用性能都基本接近或达到了国际水平，但是国内燃料电池关键部件还没有形成很大市场，尚处于商业化初始阶段。因此，现阶段燃料电池车开发成本较高。

我国具有发展燃料电池汽车的优势：

（1）我国高度重视新能源汽车的发展，通过十多年的努力，政府部门及产业各界积累了丰富的新能源汽车研发、产业化和推广应用经验，形成了较强的电驱动系统技术体系和产业基础，将有效支撑我国氢能燃料电池汽车的健康发展。

（2）具有丰富的工业低成本副产氢气，且清洁能源规模巨大，可从风力发电、光伏发电、水力发电等可再生能源中制取氢气，因此我国氢能资源丰富，获取路径多样，有利支撑我国氢燃料电池规模化发展

（3）我国汽车产业发展迅速，产销量全球第一，新能源汽车保有量和产销量巨大，易于形成规模效应加速全球氢燃料电池汽车发展。

（4）随着我国城镇化、城市化加速，仍有较大的增长空间，新能源发展成为国家战略，氢能燃料电池汽车在我国规模化的应用将引领全球产业化发展步伐。

因此，在国家多能源战略的支持下，以及随着已具雏形的长三角“氢走廊”的西扩北延，氢燃料电池客车、物流车必然会迅速涌进市场，进而带动氢基础设施的完善，并进一步促进氢燃料乘用车的发展。