黃忠橋

摘 要：汽車尾氣污染一直是環(huán)境保護(hù)工作中需要重點(diǎn)考慮的問(wèn)題，也是汽車生產(chǎn)相關(guān)工作中不可忽視的關(guān)鍵性問(wèn)題，近年來(lái)車用燃料電池得到了廣泛的關(guān)注，這是一種新能源技術(shù)，具有高效與清潔的特征，近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外都對(duì)這一技術(shù)展開了研究，并將燃料電池應(yīng)用到了其汽車的生產(chǎn)與施工中，該技術(shù)的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)極為明顯，但是無(wú)論是研究現(xiàn)狀，還是應(yīng)用情況，國(guó)內(nèi)外都存在著一定的差異。文中將對(duì)燃料電池汽車的研究現(xiàn)狀展開探討，并簡(jiǎn)要分析燃料電池汽車的技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀，最后提出燃料電池汽車的未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)。

關(guān)鍵詞：燃料電池汽車：現(xiàn)狀：發(fā)展

近年來(lái)，隨著經(jīng)濟(jì)與技術(shù)的發(fā)展，汽車的生產(chǎn)數(shù)量以及生產(chǎn)規(guī)模均呈現(xiàn)了上升的趨勢(shì)，但是傳統(tǒng)應(yīng)用汽油、柴油為能源的汽車在使用的過(guò)程中會(huì)對(duì)環(huán)境造成嚴(yán)重的污染，繼而影響社會(huì)的健康發(fā)展以及人們的身心健康，為了提高汽車的性能，改善環(huán)境污染問(wèn)題，燃料電池汽車的研究與使用工作得到了極大的重視，對(duì)此展開探討有著重要的現(xiàn)實(shí)意義。

1 燃料電池的優(yōu)勢(shì)

（1）燃料電池對(duì)比燃油發(fā)動(dòng)機(jī)，繼承了純電動(dòng)汽車的零排放優(yōu)勢(shì)，同樣能擺脫對(duì)石油的依耐性，節(jié)能減排這一點(diǎn)，我就略過(guò)了，擺脫對(duì)石油的依耐性，即是國(guó)家戰(zhàn)略的方向，也是全球石油短缺需要解決的問(wèn)題。

（2）燃料電池對(duì)比純電動(dòng)汽車，擺脫了續(xù)航里程不夠的短板。純電動(dòng)汽車的最大短板，續(xù)航里程不夠，這是由多方面因素引起的，儲(chǔ)能裝置的能量密度問(wèn)題是重點(diǎn)，鋰電池單位重量下的能量密度，遠(yuǎn)低于氫氣。同樣的儲(chǔ)能重量下，氫氣能釋放更多的能量，如果需要增加單次加注的最大續(xù)航里程，增加氫氣罐更加方便。第二就是充電時(shí)間問(wèn)題，由于城市電網(wǎng)以及車載線束的電流承受能力，限制了充電電流的上限，導(dǎo)致給鋰電池補(bǔ)充能量的時(shí)間相對(duì)較長(zhǎng)，用目前常見的最大功率充電，120KW充電機(jī)，充滿一輛配備200KWH容量的中型卡車，需要超過(guò)1個(gè)半小時(shí)。燃料電池車補(bǔ)充能源的時(shí)候是加注氫氣。目前在美國(guó)有很多成熟的加氫站，一臺(tái)車的加注時(shí)間大約為3至5分鐘，等同于加注燃油，只要合理的設(shè)置車載氣罐的容量及加氫站的布置，就能滿足燃料電池汽車24小時(shí)無(wú)間斷運(yùn)營(yíng)，從根本上避免純電動(dòng)里程不夠的問(wèn)題。

（3）國(guó)內(nèi)的純氫燃料電池走向，第一步是使用進(jìn)口的燃料電池系統(tǒng)，系統(tǒng)包括幾個(gè)核心部件：電堆、供氫系統(tǒng)、進(jìn)風(fēng)系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)、加注系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、升壓DC/DC。第二步是系統(tǒng)集成國(guó)產(chǎn)化，核心部件還是進(jìn)口國(guó)外的，比如美國(guó)巴拉德（ BLDP）的電堆，美國(guó)的PLUG POWER電堆，其他部件盡量采購(gòu)國(guó)產(chǎn)件，自己做系統(tǒng)。第三部，自己研發(fā)電堆及附件，目前國(guó)內(nèi)已經(jīng)有幾家成熟的電堆生產(chǎn)廠家，比如北京氫璞，新源動(dòng)力，江蘇氫能。

2 燃料電池汽車的技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀

2.1 燃料電池轎車

與國(guó)外的相關(guān)研究與技術(shù)應(yīng)用情況相比，我國(guó)燃料電池轎車的基本性能指標(biāo)，如續(xù)駛里程、動(dòng)力性等與之相差無(wú)異，每一百公里的加速時(shí)間約為IO秒到15秒，而最高車速則約為每小時(shí)150千米到170千米。而近年來(lái)，國(guó)外的技術(shù)研究取得了較大的圖片，他們開始應(yīng)用車載儲(chǔ)氫系統(tǒng)（70兆帕），在該系統(tǒng)的支持下，燃料電池汽車可以得到較為充足的能源支持，因而其續(xù)駛里程每次加注的值都得到了較大的提升。同時(shí)，我國(guó)的電機(jī)轉(zhuǎn)矩輸出能力以及發(fā)動(dòng)機(jī)自身的功率輸出能力均遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于國(guó)外水準(zhǔn)，具體來(lái)說(shuō)，我國(guó)的燃料電池轎車發(fā)動(dòng)機(jī)的自身功率輸出值為55千瓦，而國(guó)外則可以達(dá)到80千瓦，甚至是100千瓦，二者的差距是極大的；在功率輸出相同的情況下，國(guó)外的高轉(zhuǎn)矩輸出值高出我國(guó)50牛米到80牛米。

2.2 燃料電池客車

與國(guó)外的相關(guān)研究與技術(shù)應(yīng)用情況相比，我國(guó)燃料電池客車的基本動(dòng)力性能與最高車速，加速時(shí)間等與之相差不大。若時(shí)速不超過(guò)每小時(shí)50千米，那么加速時(shí)間則約為20秒；最高車速大多為每小時(shí)80千米；續(xù)駛里程在通常不低于250千米，不超過(guò)400千米；儲(chǔ)氫瓶壓力的最高值我國(guó)與國(guó)外均為35兆帕；在氫耗指標(biāo)方面，我國(guó)還具有一定的優(yōu)勢(shì)。在技術(shù)應(yīng)用方面，電動(dòng)輪驅(qū)動(dòng)屬于最新的技術(shù)。

目前，除了電堆的研究外，氫氣加注口目前還都是采用進(jìn)口，進(jìn)風(fēng)系統(tǒng)的風(fēng)機(jī)是個(gè)技術(shù)難點(diǎn)，目前國(guó)內(nèi)能做的廠家不多。升壓DC/DC是個(gè)難點(diǎn)，升壓比太大，國(guó)內(nèi)正在研發(fā)的廠家也為數(shù)不多，隨著國(guó)內(nèi)燃料電池汽車的量產(chǎn)化推進(jìn)，配套的研發(fā)也趨向成熟，單個(gè)供件，產(chǎn)品的質(zhì)量及成本存在很多問(wèn)題。

目前國(guó)內(nèi)的燃料電池電堆生產(chǎn)廠家，還都處于樣車階段，現(xiàn)在正在上量的還都是進(jìn)口電堆，進(jìn)口系統(tǒng)集成。目前也有正準(zhǔn)備上量的進(jìn)口電堆，國(guó)內(nèi)集成，國(guó)產(chǎn)化目前處于第一步到第二步之間。

3 燃料電池汽車的發(fā)展趨勢(shì)

3.1 使燃料電池壽命得到延長(zhǎng)

燃料電池自身的壽命會(huì)對(duì)燃料電池汽車行業(yè)的商業(yè)化發(fā)展造成較為直接的影響。從當(dāng)前的國(guó)際燃料電池汽車行業(yè)發(fā)展來(lái)看，國(guó)外的研究與實(shí)踐取得了較多的成果與突破，但是在燃料電池壽命方面的技術(shù)研究仍舊不足，這對(duì)燃料電池汽車行業(yè)的發(fā)展造成了嚴(yán)重的消極影響，例如2009年德國(guó)戴姆勒集團(tuán)生產(chǎn)的燃料電池客車，其使用壽命超過(guò)12000小時(shí)；而美國(guó)2011年生產(chǎn)的燃料電池混合動(dòng)力汽車每臺(tái)單車的使用壽命均在11000小時(shí)以上。而這些車的使用壽命在5000小時(shí)以下，因而如果是燃料電池壽命得到延長(zhǎng)是相關(guān)科研人員應(yīng)當(dāng)重點(diǎn)關(guān)注的問(wèn)題。從電池自身來(lái)看，能夠?qū)ζ鋲勖斐筛蓴_的因素有多種，包括燃料電池整車、汽車動(dòng)力系統(tǒng)、燃料電池系統(tǒng)設(shè)計(jì)的合理性；電堆結(jié)構(gòu)以及電極材料等。為了使燃料電池的壽命可以得到有效延長(zhǎng)，未來(lái)的研究與設(shè)計(jì)可以集中在以下幾個(gè)方面：第一，優(yōu)化設(shè)計(jì)燃料電池動(dòng)力系統(tǒng)，使其構(gòu)型更加科學(xué)化合理化，科研人員應(yīng)當(dāng)確定好各種車輛的動(dòng)力性指標(biāo)，保證動(dòng)力電池能夠與汽車各系統(tǒng)相匹配，并對(duì)控制邏輯予以重視；第二，應(yīng)當(dāng)對(duì)燃料電池系統(tǒng)予以優(yōu)化設(shè)計(jì)，應(yīng)用空氣再循環(huán)技術(shù)，保證工況可以得到穩(wěn)定控制，并根據(jù)實(shí)際需求采取必要的啟停機(jī)策略；第三，要對(duì)電堆結(jié)構(gòu)層次予以合理設(shè)計(jì)，保證系統(tǒng)具備較強(qiáng)的水汽交換、氣體擴(kuò)散、內(nèi)阻以及散熱功能；第四，要明確電極材料層次，保證膜的質(zhì)子傳導(dǎo)能力以及催化劑活性的相應(yīng)變化范圍具有合理性。

3.2 使系統(tǒng)成本得到降低

國(guó)外的研究認(rèn)為，燃料電池系統(tǒng)生產(chǎn)成本與產(chǎn)量之間存在著負(fù)相關(guān)關(guān)系，也就是說(shuō)，產(chǎn)量越高，則成本越低。近年來(lái)隨著生成技術(shù)水平的不斷提升，燃料電池系統(tǒng)的產(chǎn)量不斷增加，而系統(tǒng)成本降低了約50%，這對(duì)燃料電池行業(yè)以及燃料電池汽車行業(yè)的生產(chǎn)與發(fā)展來(lái)說(shuō)是極為有利。在生產(chǎn)過(guò)程中，膜電極對(duì)應(yīng)的成本在總成本中占據(jù)著較大的比例，其主要支出集中在催化劑方面，也就是說(shuō)，要想實(shí)現(xiàn)對(duì)成本的有效控制，應(yīng)當(dāng)對(duì)膜電極生產(chǎn)中所需的原材料成本予以關(guān)注，加強(qiáng)對(duì)催化劑的研究與開發(fā)，使成本可以控制在較低的范圍內(nèi)。另外也可以對(duì)燃料電池系統(tǒng)予以集成以及簡(jiǎn)化處理，加強(qiáng)對(duì)相關(guān)技術(shù)的研究，國(guó)外已經(jīng)展開了電子器件的一體化研究，這對(duì)降低故障發(fā)生頻率、降低生產(chǎn)成本來(lái)說(shuō)有著重要意義。電磁閥以及高壓儲(chǔ)氫氣瓶也是增加系統(tǒng)成本的重要因素之一，因而應(yīng)當(dāng)關(guān)注對(duì)高壓氣瓶生產(chǎn)的關(guān)注，積極研發(fā)碳纖維纏繞復(fù)合瓶，使成本有效降低。

3.3 展開商業(yè)示范推廣

加強(qiáng)研發(fā)燃料電池汽車技術(shù)的最終目的在于將其大規(guī)模投入生產(chǎn)時(shí)間，因此展開商業(yè)示范推廣是十分必要且重要的。歐美等國(guó)家已經(jīng)逐步加強(qiáng)了商業(yè)建設(shè)投入，展開租賃業(yè)務(wù)，讓燃料電池轎車可以應(yīng)用到生產(chǎn)實(shí)踐中，示范運(yùn)行的規(guī)模越來(lái)越大。這在一定程度上降低了產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)成本，并使得相應(yīng)的基礎(chǔ)設(shè)計(jì)建設(shè)得到增強(qiáng)，使得商業(yè)化發(fā)展擁有了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。在我國(guó)的生產(chǎn)建設(shè)與實(shí)踐當(dāng)中，也應(yīng)當(dāng)將商業(yè)示范推廣作為重點(diǎn)，燃料電池汽車在使用的過(guò)程中需要及時(shí)補(bǔ)充氫能源，因而為了保證燃料電池汽車的順利使用，應(yīng)當(dāng)積極做好基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)工作，保證加氫站數(shù)量的充足。截止2015年，日本建立了超過(guò)220個(gè)加氫站，這使得燃料電池汽車的大規(guī)模商業(yè)推廣得到了充足的基礎(chǔ)設(shè)施支持。我國(guó)應(yīng)當(dāng)以此為借鑒，保證我國(guó)的燃料電池汽車可以實(shí)現(xiàn)商業(yè)化、大規(guī)模發(fā)展。

4 結(jié)語(yǔ)

近年來(lái)國(guó)內(nèi)外均對(duì)燃料電池汽車問(wèn)題展開了研究，但是國(guó)外的研究相對(duì)深入、系統(tǒng)，且燃料電池的應(yīng)用范圍較廣；而我國(guó)的研究仍處于較為初級(jí)的階段，雖然相關(guān)研究取得了理想的成果，甚至可以達(dá)到國(guó)際水準(zhǔn)，但是也應(yīng)當(dāng)意識(shí)到我國(guó)的燃料電池汽車技術(shù)并沒(méi)有得到大范圍的推廣，只是進(jìn)行了小規(guī)模的試驗(yàn)。然而燃料電池汽車的技術(shù)的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)明顯，可以實(shí)現(xiàn)近零排放，且其使用效率較高，因而其發(fā)展前景也是極為廣泛的。針對(duì)燃料電池汽車技術(shù)在我國(guó)的應(yīng)用現(xiàn)狀，在未來(lái)可以將提高燃料電池壽命、降低系統(tǒng)成本、展開商業(yè)示范推廣作為發(fā)展的重點(diǎn)方向。