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深度分析:中国氢燃料电池汽车落后国外5­—10年

作者:四川新闻 | 发布时间:2018-11-30 21

《中国制造2025》提出“节能与新能源汽车”作为重点发展领域,明确了“继续支持电动汽车、燃料电池汽车发展,掌握汽车低碳化、信息化、智能化核心技术,推动节能与新能源汽车与国际先进水平接轨”的发展战略,为我国节能与新能源汽车产业发展指明了方向。其中对燃料电池汽车做出了以下的规划内容。

1、关键材料、零部件逐步国产化。到2020年,实现燃料电池关键材料批量化生产的质量控制和保证能力;到2025年,实现高品质关键材料、零部件实现国产化和批量供应。

2、燃料电池堆和整车性能逐步提升。到2020年,燃料电池堆寿命达到5000小时,功率密度超过2.5千瓦/升,整车耐久性到达15万公里,续驶里程500公里,加氢时间3分钟,冷启动温度低于-30℃;到2025年,燃料电池堆系统可靠性和经济性大幅提高,和传统汽车、电动汽车相比具有一定的市场竞争力,实现批量生产和市场化推广。

3、燃料电池汽车运行规模进一步扩大。到2020年,生产1000辆燃料电池汽车并进行示范运行;到2025年,制氢、加氢等配套基础设施基本完善,燃料电池汽车实现区域小规模运行。

电动汽车毫无疑问是今年新能源汽车的增长的中坚力量,同样是国家政策的宠儿,燃料电池车却显得默默无闻。

氢燃料电池的发展被国际公认为终极的新能源汽车,完全零污染、零排放。电动汽车如此火热必然会对燃料电池车的发展产生一定的影响。所以,业界对于《中国制造2025》关于燃料电池汽车的规划是否能完成持有怀疑态度。通过对比国外的氢燃料电池汽车的发展情况,可以知道我们与之存在的差异。

同济大学新能源汽车工程中心张存满教授表示,中国比较重视氢燃料电池汽车的发展,前几年我们的研究进展比较明显,最近几年有些停滞。张存满教授认为,中国氢燃料汽车技术落后国外发达国家5—10年,“差距保持在5年左右我们还有机会追赶,若超过10年,我们追赶起来就会非常吃力了”。

氢燃料电池汽车发展阶段分析

1、国外

张存满教授介绍说,氢燃料电池汽车的发展经历几个时间段。

通用在1966年开始研发氢燃料电池汽车,本田开始于1992年,丰田起步于1996年,掀开开始于1998年。

2002—2008年,尚属于实验研究阶段,没有正式的运营使用;2008—2015年,属于产品与社会结合的阶段,开始投入使用。在2008年,本田生产FCX Clarity首款氢能源汽车用于租赁业务,到2014年丰田Mirai燃料电池车。韩国在2013年批量生产现代Tucson FCEV燃料电池车。

2015—2020年,氢能源汽车进入普及阶段。张存满教授表示,2015年是氢燃料电池汽车的元年。根据计划,2016年本田正式销售新一代的Clarity氢燃料电池汽车,戴姆勒2017年也将正式销售旗下的氢能源汽车。据介绍,戴姆勒本来预计在2014—2015年就推出氢燃料电池汽车,但是为了进一步降低成本,去年开始与日产、福特合作开发氢燃料系统。

2020—2025年,普及扩大阶段,氢能源汽车快速发展,到2025便开始商业化。

2、国内

中国在2001年开始进行氢燃料电池汽车的研发工作,起步相对国外较晚。

2001—2008年,属于技术研发阶段,还没有具备生产氢能源汽车的能力。直到2008年北京奥运会推出的氢燃料电池示范车,才引起关注。

2008—2020年,技术与社会结合阶段,在2010年,氢燃料电池汽车再次以示范车的身份出现在上海世博会上。2014年,上汽启动的“创新征程——2014年新能源汽车万里行”活动中,荣威750燃料电池车以其动力强劲且操控性能稳定的特点,成为国内氢燃料电池汽车技术的代表。

图为2015年11月上海工博会期间上汽集团展出的荣威950氢燃料电池汽车

2020—2025年,从2020年开始,预计国内氢燃料电池汽车开始普及,到2025年是普及扩大化阶段。很多企业也开始着手布局氢能源汽车项目,为新能源终极目标做准备。

2030年——商业化阶段开始。

张存满教授表示,我国从2001年中国才开始注重氢燃料电池的研发工作,从起步阶段进入到商业化阶段,整体来看,我国氢能源汽车技术要落后国外5—10年的时间。目前,我国以蓄电池电动汽车为主要的发展方向,大量的物力、人力、财力投入,至于氢能源的发展状况并不乐观。并且国家政策没有主导作用,所以氢能源汽车的发展会有一定的滞后。

中国车企的发展方向政府的影响很大,自主研发的自由灵活、引领作用不明显。张存满教授指出,与国外相比,无论日本、韩国等亚洲国家,还是美国、德国等欧美国家的汽车企业的自主研发占主导作用,具有前瞻性,市场自由灵活度高。“未来国内外氢燃料汽车发展的差距缩小可能性不大,令人担心的还是差距的拉大,主要还是看国内是否持续投入发力。”

国内外氢燃料电池汽车现状对比

汽车工业的差距,技术的积累是其中的一个重要因素。从传统汽车的发展史来看,中国的技术积累时间相对短,落后于那些拥有百年历史的汽车强国。

通过以下几个方面的比较分析,可以看出当前我国氢燃料电池汽车技术与国外存在的差距。

1、成本。国外已经把氢燃料电池汽车的成本控制在30—40万元人民币,与起步阶段相比,成本已经减少一半左右。未来还会有新的突破。

2、续航里程。已经能够达到500—700公里,与电动汽车相比,不再有“续航焦虑”。

3、加注时间。氢燃料加注时间能够控制在3—5分钟。续航里程和加注时间已经完全能够与传统燃油车相媲美,但是环保效益更明显。

4、抗低温和高温性能出色。可以在-35℃~45℃的温度区间运行,抗低温和高温性能出色。这点与电动汽车相比优势更突出,温度过高或过低都影响电动汽车的运行。

5、寿命能够达到10年,或20万公里。

由上可知,国外氢燃料电池汽车的续航里程已经实现了500—700公里,水平已经超过《中国制造2025》中实现500公里的目标要求。“国外的氢燃料电池汽车现阶段的发展水平是中国2025年要实现的发展目标。中国要在氢燃料电池汽车的研发方面加把劲了。”

当前中国氢燃料电池汽车存在的瓶颈,以及未来的发展目标

中国氢燃料电池汽车目前在下列几个方面还存在着亟需解决的难题:

1、燃料电池堆技术:可靠性差,功能密度低,成本高;

2、高压储氢系统:高压储氢瓶以及阀减压的制造;

3、电池组件:质子膜、碳纸、催化剂以及双极板产业链的不完善;

4、电池辅助系统部件:风、氢气循环泵的缺失;

5、发动机系统集成与控制:稳定可靠性;

6、组建系统:投入不足。

燃料电池汽车是指利用氢气和空气中的氧在催化剂作用下,在燃料电池中电化学反应产生的电能作为主要动力源的汽车。

正如张存满教授所言,目前我国在氢燃料电池汽车的发展方面与国外还存在着明显的差距。为了缩短这种差距,《中国制造2025》确定了氢燃料电池汽车技术的发展目标和方向。

1、燃料电池催化剂、质子交换膜、碳纸、膜电极组件、双极板等关键材料批量生产能力建设和质量控制技术研究。开展高功率密度电堆用的低Pt催化剂、复合膜、扩散层(碳纸、碳布)、高性能及耐受性质子交换膜材料、高可靠性及低铂担量的膜电极(MEA)、高性能及高可靠性的金属双极板的开发和质量控制技术的研究,形成批量生产能力。

2、燃料电池堆系统可靠性提升和工程化水平的研究。提高催化剂及其载体的抗氧化能力,质子膜的机械和化学稳定性;改进燃料电池材料制备工艺和质量控制,提高电堆设计水平;验证电堆运行寿命,解决车辆运行条件下的电堆均一性问题;结合车辆动态运行特征,对系统级运行与操作条件做匹配优化;实现系统级寿命验证与参数表征,提高产品级寿命;提高系统零部件的可靠性,开展系统可靠性分析与设计改进。

3、汽车、备用电源、深海潜器等燃料电池通用化技术研究。开展燃料电池通用化技术研究,2020年,实现关键技术攻关,研发出新一代的金属双极板电堆,2025年,完成商业化产品全产业链的建设。

4、燃料电池汽车整车可靠性提升和成本控制技术。开展燃料电池发动机系统集成与优化,实现燃料电池整车可靠性提高;推动燃料电池关键材料(膜、炭纸、催化剂、MEA、双极板等)及系统关键部件(空压机、膜增湿器、电磁阀、车载70MPa氢瓶等)国产化,开发超低铂,非铂催化剂,降低材料成本,促进燃料电池系统产品化和工程化,实现燃料电池系统设计模块化,并改进生产制造工艺。(来源:盖世汽车·新能源,作者:何丹)