金銀花 張志龍 文

目前，世界能源和環(huán)境問題日益加重，汽車能源結(jié)構(gòu)即將或正在發(fā)生重大變革。其中，氫能作為新能源汽車的理想能源，各國(guó)政府和企業(yè)都在積極推動(dòng)燃料電池汽車的研發(fā)。

我國(guó)燃料電池汽車發(fā)展，是以商用車為主，且考慮到技術(shù)可實(shí)施度、環(huán)保效果和能源補(bǔ)充等因素，主要在城市公交車和物流車領(lǐng)域發(fā)展應(yīng)用。

據(jù)統(tǒng)計(jì)，2019年我國(guó)銷售燃料電池汽車2 737輛，同比增長(zhǎng)79%，其中以大中型公交客車和輕中型貨車為主，且已有17個(gè)省份進(jìn)行氫燃料電池汽車商業(yè)化運(yùn)營(yíng)。

1 發(fā)展路線

1.1 車型發(fā)展

燃料電池汽車在客車領(lǐng)域，首先得到發(fā)展的是動(dòng)力要求相對(duì)低、布置空間充足、定時(shí)定線行駛、環(huán)保效果明顯、政策扶持力度大的城市公交客車。國(guó)內(nèi)部分客車企業(yè)首先推出了8～10.5 m的公交客車產(chǎn)品，其搭載了30 kW的燃料電池系統(tǒng)；而后推出12 m左右的客車產(chǎn)品，搭載了60 kW的燃料電池系統(tǒng)；并進(jìn)一步規(guī)劃了12 m城間客車以及18 m城市干線客車等產(chǎn)品。

燃料電池汽車在卡車領(lǐng)域，首先發(fā)展的是輕卡產(chǎn)品，搭載30～50 kW的燃料電池系統(tǒng)；近2年隨著燃料電池系統(tǒng)功率的提升，中重卡產(chǎn)品也開始亮相。

重型商用車（含客車、卡車）是最適合氫能落地的領(lǐng)域，目前由于燃料電池系統(tǒng)的功率較低、加氫站配套不足，發(fā)展相對(duì)滯后。

1.2 技術(shù)路線

燃料電池汽車目前主要的技術(shù)線路有3種：增程式、混合功率模式以及全功率模式。燃料電池商用車的技術(shù)路線由第一代的增程式已發(fā)展到混合功率模式的階段，并在逐步提高燃料電池的功率占比。

(1)增程式模式：多應(yīng)用于燃料電池功率與整車功率需求差距較大的情況，采用小功率燃料電池和較大電量的動(dòng)力電池匹配方案。在燃料電池汽車發(fā)展起步期有使用。

(2)混合功率模式：燃料電池作為動(dòng)力源之一，與蓄電池、超級(jí)電容等共同輸出動(dòng)力。該模式是現(xiàn)階段應(yīng)用廣泛的技術(shù)路線。

(3)全功率模式：對(duì)燃料電池的要求較高，燃料電池的額定功率基本上大于或者接近于整車的最大功率，燃料電池的動(dòng)態(tài)功率變化率可以滿足整車的最大功率變化需求。該模式是燃料電池汽車技術(shù)的發(fā)展方向。

2 主要生產(chǎn)廠家及產(chǎn)品

2.1 燃料電池客車

國(guó)內(nèi)燃料電池客車生產(chǎn)企業(yè)目前主要有宇通客車、中通客車、北汽福田等。

宇通客車目前的燃料電池客車產(chǎn)品涵蓋8～12 m的公交客車和公路客車，搭載50～60 kW的燃料電池系統(tǒng)。宇通12 m燃料電池城市客車如圖1所示。據(jù)悉，后續(xù)宇通將推出搭載80 kW燃料電池系統(tǒng)的新一代燃料電池客車產(chǎn)品，進(jìn)一步提高燃料電池的功率占比。

濰柴動(dòng)力于2018年11月完成認(rèn)購(gòu)巴拉德股權(quán)，雙方聚焦燃料電池發(fā)展。中通客車聯(lián)合同在山東重工集團(tuán)旗下的濰柴動(dòng)力開發(fā)燃料電池客車，在山東濰坊、聊城批量投入運(yùn)營(yíng)60輛氫燃料電池公交車并開通6條公交專線；于2019年11交付濟(jì)南市的40輛中通10.5 m氫燃料公交車也已上線運(yùn)營(yíng)，該車搭載濰柴氫燃料電池系統(tǒng)，氫堆功率46 kW，續(xù)駛里程350 km。

北汽福田與北京億華通合作，開發(fā)了多款燃料電池客車產(chǎn)品，在國(guó)內(nèi)已實(shí)現(xiàn)了商業(yè)化運(yùn)營(yíng)。2019年4月，福田與豐田汽車、北京億華通3方達(dá)成合作意向，由豐田汽車提供核心技術(shù)氫燃料電堆，北京億華通負(fù)責(zé)氫燃料電池系統(tǒng)集成與認(rèn)證測(cè)試，福田負(fù)責(zé)氫燃料電池整車開發(fā)、測(cè)試、量產(chǎn)。

2.2 燃料電池卡車

輕、中卡等物流車，在車型和續(xù)航里程的需求方面，可以更好地適應(yīng)氫燃料電池車的發(fā)展需求。

國(guó)內(nèi)，中通、東風(fēng)、福田、慶鈴等多家車企均推出了燃料電池輕卡物流車，其搭載30 kW的燃料電池系統(tǒng)，電機(jī)功率為60 kW。東風(fēng)7.5 t燃料電池物流車如圖2所示，該車搭載Re-Fire重塑科技研發(fā)的CAVEN3燃料電池系統(tǒng)，車載9.3 kg氫氣，續(xù)駛里程350 km以上。

江鈴凱銳燃料電池中卡，搭載的同樣是30kW的燃料電池系統(tǒng)。

重卡方面，2019年有多款重卡產(chǎn)品亮相。江鈴重汽推出威龍4×2氫燃料牽引車，成為第一款登上工信部《公告》的燃料電池重卡，該車采用混合功率模式，燃料電池系統(tǒng)功率為95 kW，如圖3所示；大運(yùn)推出6×4燃料電池牽引車，燃料電池系統(tǒng)功率為87 kW；上汽紅巖推出8×4燃料電池自卸車，采用混合功率技術(shù)路線；陜汽推出了搭載120 kW燃料電池系統(tǒng)的旗艦重卡X5000。

在示范運(yùn)行方面，2019年10月，3輛氫能牽引車在青島港投入測(cè)試運(yùn)營(yíng)，如圖4所示，實(shí)現(xiàn)了國(guó)內(nèi)氫能重卡的首次落地應(yīng)用。據(jù)悉，該集卡車由青島前灣集裝箱碼頭、機(jī)科(山東)重工、江蘇奧新、國(guó)投中科4家企業(yè)共同研發(fā)、測(cè)試。

2019年12月，山西長(zhǎng)治簽署了《長(zhǎng)治市氫能重卡物流示范園區(qū)建設(shè)項(xiàng)目戰(zhàn)略合作協(xié)議》,著力發(fā)展燃料電池重卡。同月，上海重塑科技、常熟高新區(qū)管委會(huì)、豐田通商3方達(dá)成合作意向，將整合優(yōu)勢(shì)資源，攜手打造氫燃料重卡示范應(yīng)用項(xiàng)目。

圖1 宇通12 m燃料電池城市客車

圖2 東風(fēng)7.5 t燃料電池物流車

圖3 江鈴?fù)?×2燃料電池牽引車

3 主要零部件現(xiàn)狀

3.1 燃料電池系統(tǒng)

燃料電池電推方面，目前國(guó)內(nèi)已具備額定功率70 kW以內(nèi)的單個(gè)電推開發(fā)能力，體積比功率基本達(dá)到2.0 kW/L，壽命達(dá)到5 000 h；同時(shí)，燃料電池電堆發(fā)展出現(xiàn)模塊化趨勢(shì)，限定單個(gè)模塊的功率范圍，通過模塊組合的方式，滿足不同車輛的功率需求。

輔助系統(tǒng)的關(guān)鍵部件方面，空氣壓縮機(jī)基本依賴進(jìn)口（國(guó)際水平為100 kW），國(guó)內(nèi)廣順空壓機(jī)在上汽已有實(shí)際應(yīng)用，德燃動(dòng)力已掌握60 kW以內(nèi)燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)用的空壓機(jī)技術(shù)；增濕器和氫氣循環(huán)泵目前也是依賴國(guó)外成熟產(chǎn)品。

燃料電池系統(tǒng)的可靠性、壽命、環(huán)境適應(yīng)性，仍需進(jìn)一步提升；燃料電池系統(tǒng)的成本目前也居高不下，輔助系統(tǒng)約占總成本的一半。

3.2 車載儲(chǔ)氫系統(tǒng)

車載儲(chǔ)氫系統(tǒng)方面，目前主要采用高壓氣態(tài)儲(chǔ)氫技術(shù)，儲(chǔ)氫瓶多為Ⅲ型，以35 MPa高壓容器儲(chǔ)氫為主要應(yīng)用方案，70 MPa儲(chǔ)氫技術(shù)目前已取得突破，國(guó)內(nèi)多家企業(yè)目前已有氫氣瓶產(chǎn)品；但在關(guān)鍵材料（氣瓶生產(chǎn)材料碳纖維等）、零部件（瓶口閥、減壓閥、氫濃度傳感器等）方面仍依賴進(jìn)口，目前國(guó)內(nèi)的博肯、舜華和科泰克等公司，正在積極開發(fā)相關(guān)產(chǎn)品。

液態(tài)儲(chǔ)氫技術(shù)目前國(guó)內(nèi)已有一定的研究基礎(chǔ)，尚待進(jìn)一步的示范應(yīng)用。

4 基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)現(xiàn)狀

我國(guó)已具備35 MPa加氫站的建設(shè)能力，相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)法規(guī)也在完善中。截至2019年底，我國(guó)累計(jì)建成的加氫站共有52座，位于大連和上海的70 MPa加氫站也分別落成和投入運(yùn)營(yíng)。

根據(jù)我國(guó)各城市燃料電池汽車及加氫基礎(chǔ)設(shè)施發(fā)展規(guī)劃，到2020年，將建成加氫站113座，推廣燃料電池商用車1萬余輛，如表1所示。

圖4 2019年10月，3輛氫能牽引車在青島港投入測(cè)試運(yùn)營(yíng)

表1 國(guó)內(nèi)部分城市加氫站建設(shè)及燃料電池汽車推廣目標(biāo)

5 結(jié) 論

目前國(guó)內(nèi)主要研發(fā)并應(yīng)用的燃料電池系統(tǒng)功率為30～60 kW（車內(nèi)電機(jī)功率多為60～120 kW），以小功率燃料電池與大容量動(dòng)力電池的混合動(dòng)力系統(tǒng)為主，燃料電池的功率占比相對(duì)較低，更高功率的燃料電池系統(tǒng)仍在研發(fā)及驗(yàn)證中。

受限于燃料電池系統(tǒng)的功率，主要應(yīng)用領(lǐng)域在城市公交客車和輕卡上；隨著燃料電池功率的提升，中卡、長(zhǎng)途客車、重卡領(lǐng)域也漸有涉及。

燃料電池技術(shù)在商用車領(lǐng)域的真正推廣，仍需進(jìn)一步提高燃料電池的功率，提升系統(tǒng)效率，提升電電混合程度；加強(qiáng)關(guān)鍵材料和零部件技術(shù)攻關(guān)；重視液氫路線，以減少儲(chǔ)氫系統(tǒng)的布置空間和大幅度提升續(xù)駛里程；重視基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)和布局，加速加快加氫站建設(shè)。