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燃料電池汽車開發的定位、方向及路線研究分析

瀏覽:459   日期: 2017-11-13

燃料電池汽車研發背景、開發情況、開發方向、技術來源、技術路線、研發障礙系統性研究。

經過10多年的努力,中國電動汽車在2016年產銷量超過50萬輛,2017年電動汽車銷量將超過70-80萬輛,對汽車產業影響是巨大的?!吨袊圃?025》發布明確支持氫能汽車的發展,2016年10月份中國汽車工程學會發布了燃料電池汽車技術路線圖,氫能汽車也在其中。純電動汽車產業布局之后,接下來是燃料電池汽車發展了。下面是對燃料電池汽車開發定位、方向及路線的研究,與大家分享。

一、燃料電池汽車開發背景

電動汽車產業布局基本完成,全面應用推廣態勢基本形成,這是政府強力政策的結果。但是目前電動汽車與燃油車比較,產品質量和技術指標性、性價比、使用環境等方面,還是相當大的距離,必須繼續努力。但是燃料電池汽車應用已拉開序幕。

1、汽車強國禁售汽(柴)油汽車時間表,表明替代燃油汽車是必然的。

①荷蘭宣布:從2025年開始禁止在本國銷售傳統的汽油和柴油汽車,或許將成為第一個全面禁止汽油和柴油汽車的國家;

②英國宣布:2040年起全面禁售汽油和柴油汽車,屆時市場上只允許電動汽車等新能源環保車輛銷售;

③法國宣布:到2050年前使法國成為碳零排放國家,其中最激進的措施是到2040年時全面禁止銷售汽油和柴油汽車;

④豐田汽車宣布:將在2050年停售純汽油車,未來豐田會逐漸推廣混動車、燃料電池車和純電動車。

2、我國政府啟動了燃油車退出時間表的研究,拉開了燃料電池汽車應用序幕

①2017年6月25日,科技部長萬鋼在吉林長春發表演講時表示,氫具有來源廣泛、大規模穩定儲存、持續供應、遠距離運輸、快速補充等特點,在未來車用能源中,氫燃料與電力將并存互補,共同支撐新能源汽車產業發展;

②經過多年發展,我國電動汽車產業布局基本完成,動力電池總產能超過1000億瓦時,遠超市場需求,已出現產能過剩風險。整體來看,我國電動汽車產業已出現企業基本飽和、產能局部過剩、投資過度涌入的情況;

③我國初步掌握了氫能燃料電池汽車和氫能基礎設施的核心技術,基本建立了自主燃料電池汽車動力系統技術平臺,氫能燃料電池在壽命、可靠性、使用性能方面基本達到車輛使用要求;

④2017年9月9日,工信部副部長辛國斌在泰達論壇上表示,工信部已經啟動了燃油車退出時間表的研究。

二、燃料電池汽車整車開發情況

①國外:日本豐田、本田,以及韓國現代等企業已推出市場化的燃料電池乘用車產品,奔馳、豐田、日野等企業已在燃料電池客車方面取得優勢,并且美國還出現了燃料電池重卡、燃料電池叉車等新產品、新企業;

②國內:燃料電池乘用車企業主要有上汽集團,燃料電池客車企業主要有宇通客車、北汽福田、揚子江汽車、卡威汽車等,具備小批量生產能力。

三、燃料電池汽車整車開發方向

燃料電池汽車整車開發的基礎是電動汽車技術,燃料電池車輛驅動必須是電機。燃料電池不是儲能電池,而是車載發電機技術。車載發電機(燃料電池)功率比較小,必須要與車載儲能電池配套使用。

開發燃料電池汽車的主要方向,是提高電動汽車持續里程。換一句話,燃料電池汽車必須比純電動汽車的里程長1-2倍,才有實際積極價值。電動汽車目前離前城市公交車、出租車要求的運營里程,還有一定距離的,但動力電池進步比較快,滿足純電汽車在城市公交車和出租車一天運營里程不久就會實現。依靠純電汽車滿足長途運輸,從目前,技術可能性來看不大,或者說,短期內純電動汽車要求擔任長途運輸重擔,不太現實;

氫能汽車是終極的混合動力汽車,燃料電池是發動機系統,是給車在儲能電池持續充電,壓縮在儲能罐子氫氣,其比能量遠遠高于動力電池的比能量,于是可以說,中國氫能汽車的基本定位:長途運輸車輛(大貨車),其持續里程必須大于800公里以上是能實現的。

四、燃料電池汽車研發技術來源

①引進技術為主,自主研發為輔的技術。去理由是,我們和國外先進技術的差距是客觀的,目前要以利用政府補貼的優勢盡快縮小。中國燃料電池企業不應回避來自全球同行的競爭,充分的競爭才能將落后者淘汰。如何做到引進技術和自主創新不沖突是必須要思考的。

②中國企業要掌握核心技術,技術引進并不能保證長久,不能依賴思想??梢耘c國外的材料、工藝以及零部件廠家合作,實現共贏,從引進的邊緣技術,追蹤其核心技術,以盡量少的投入實現掌握核心技術。

五、燃料電池汽車研發上的障礙

①氫安全必須要可控和可保障。生產、儲運和使用氫氣(如:氫氣瓶、氫氣儲罐、氫氣場站等安全管理等)安全法規及技術標準建設必須加快步伐。

②有關氫的零部件安全質量,還沒得到有第三方檢測認證,給整車企業的產品研發有一定安全隱患。安全件,必須要有3C認證。

③目前氫燃料電池發動機與當前鋰電池相比,燃料電池產業鏈的成本依然高昂。比如,12米大客車目前每臺氫燃料電池發動機國外的在100萬元以上,國內也在80萬元以上。整車企業積極研發的燃料電池的動力基本沒有。政府補貼后,缺口依然比較大。

六、比較實用的燃料電池汽車研發技術路線

①做樣車。燃料電池汽車研發總必須面對一個“雞生蛋、蛋生雞”的悖論;當初CNG、電動公交車同樣面臨過這個問題,整車企業必須挑起這個擔子;

②公交樣車由政府買單,培育新的產業是政府責任。樣車研發開始,選10、12米的公交車。政府出的錢,交給燃料電池公交車生產企業運作,同時考核整車生產企業;

③樣車開發,在政府的指導下,由整車生產企業主導燃料電池公交車研發,燃料電池系統生產企業配合,整車生產企業與零部件生產企業之間實現上市場交易,接受政府監督。這樣一來,整車企業可以有產值,零部件生產企業銷售收入,對GDP有貢獻;

④在政府的指導下,小批量的燃料電池汽車的采購,由公交公司運作,接受政府監督;燃料電池公交車生產企業與公交公司實行市場交易、燃料電池公交車生產企業與零部件生產企業實行市場交易,接受政府監督。這樣一來,氫能汽車產業鏈上有產值、有收入。

七、由燃料電池公交車推廣應用成功后,向其他商業車延伸

①純電動公交車是公交市場的主力。不宜提倡用燃料電池公交車替代純電動公交車;

②燃料電池公交車推廣對一個城市而言必須有一個上限,對1萬輛公交車規模的城市,控制在1000輛以內即可;

③研發燃料電池公交車是在培育這個市場和配套環境,到1000輛以后,燃料電池汽車必須轉向輕型貨車和中型、大型卡車。

八、燃料電池汽車整車企業布局不宜普遍開花

①我國電力資源十分豐富,純電動汽車門檻相對比較低。純電動汽車主要用途是持續里程在350公里以內;

②在自然界不存在氫氣。這一點不像CNG、汽油、柴油,其加工是物理提煉工藝的過程;即使而氫來源是比較廣泛,但是轉換都是化學過程,成本高,運輸要必須壓縮。氫本身危險性不高,但是經過高比壓縮后,卻是高度的危險品;

③燃料電池汽車整車廠選點基本原則;

a)選點應是工業副氫比較豐厚的省份,工業副氫來源集中在300公里的半徑以內;

b)純電動汽車生產技術成熟,生產電動汽車有10年以上;

c)燃料電池汽車技術難度比較高,不宜建新的燃料電池汽車生產廠家。

九、產品級開發要遵循,從從內到外,技術難度從低到高的原則

目前燃料電池汽車研發,2016年如果是元年,2017年開始預熱。站在整車企業的產品開發角度而言,面臨困難是相當多的,如何克服,還沒有可以說服自己的有效辦法,好在已經有了10多年電動汽車開發積累。

筆者認為:遵循從內到外的原則、技術難度從低到高的原則,是不會錯的。具體地說:

①公交車研發最容易獲得政府支持。車型選純電公交車做基礎,目前不宜選貨車,如果選貨車沒有人買單;

②純電公交車選10、12米,理由是空間比較大,宜布置;

③車載甲醇制氫技術的公交車,目前可以不依賴社會加氫設施,甲醇是液體,化工商店有賣的;

④公交車車輛不加工車輛,客運車輛,最終還是要直接用車載氫氣發電,車載甲醇制氫技術運用到運輸車輛上是一個過渡;

⑤車載甲醇制氫技術最后可以用作業車輛和工程車上,就基本可行的;

⑥長途客車或者長途貨車是氫能技術應用最佳情景。

十、燃料電池汽車與純電動汽車是一個并存關系

①純電動汽車對燃油汽車是一個替代關系;

②氫燃料汽車定位長途運輸車輛,是混合動力車;

③純電動汽車定位短途客運或城市配送市場;

④燃料電池是一個車載發電系統,發電必須要儲存起來,在供驅動電機做功,儲存電池是燃料電池車不可缺的系統部件。

總結,純電動汽車是氫能汽車的基礎,氫能汽車是充電動汽車的延伸。

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