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从公交车切入,燃料电池汽车开发的定位、方向及路线研究

2017-09-20 13:37:40 第一电动网   作者: 雷洪钧  

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。

解读:《汽车产业中长期发展规划》中燃料电池汽车发展策略

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

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;

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

①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;

②纯电动汽车生产技术成熟,生产电动汽车有10年以上;

③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。




责任编辑: 张学坤

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