北汽福田魏長河:燃料電池客車發展情況及技術發展趨勢

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電動汽車資源網訊:7月20日,2018第二屆中國新能源汽車測試評價技術發展高峰論壇在深圳坪山隆重開幕。本屆論壇由深圳市坪山區科技創新服務署指導,重慶車輛檢測研究院有限公司與電動汽車資源網聯合主辦。在上午的會議中,北汽福田汽車股份有限公司歐輝新能源客車副總工程師魏長河以《全產業鏈布局——燃料電池客車發展情況及技術發展趨勢》為主題發表演講,闡述了燃料電池客車的發展情況及技術發展趨勢。

北汽福田魏長河:燃料電池客車發展情況及技術發展趨勢-雪花新聞

一、燃料電池汽車政策分析

《關於2016-2020年新能源汽車推廣應用財政支持政策方的通知》(財建(2015)134號)中明確:「2017-2020年,除燃料電池汽車外,其他車型補助標準適當退坡」,明確了國家對燃料電池汽車產業發展的支持態度。而《「十三五」國家戰略性新興產業發展規劃》中提出,要系統推進燃料電池汽車研發與產業化,到2020年,做到燃料電池汽車批量生產和規模化示範應用。

在財政補貼層面,國家也給予了大力支持,包括整車補貼、加氫站補貼、免征購置稅以及經營補貼等。其中,整車補貼額度從20萬到50萬每輛不等,一個加氫站則補貼400萬元,經營補貼中,燃料電池客車補貼為6萬元/輛/年。

二、氫燃料電池產業鏈概述

氫燃料電池汽車產業鏈包括制氫、儲氫、運氫、加氫、應用(燃料電池汽車/有軌電車)等環節。

氫氣製造一般是通過將化石原料、化工原料、工業尾氣、可再生能源以及水等經過處理來獲取,每種獲取途徑其成本和環保屬性都不同。中國目前主要通過工業尾氣處理以及電解水來制氫。魏長河認為,對於燃料電池來說,現在配套基礎設施還有待進一步完善,需要政府以及行業機構以及專家盡快推進立法和相應的技術標準予以規範。

魏長河表示,制氫的方法和方案比較多,而目前燃料電池汽車使用最大瓶頸和最大的障礙是缺乏加氫站。據其統計,截止到2013年底,全球加氫站只有228座,對於大陸來說,大陸真正投入商業化、用於燃料電池的加氫站只有兩座,僅僅限於國內比較大的城市,就是北京和上海,處於示範經營階段,與國外說的氫高速公路,也就是一條高速公路有多個加氫站相比,差距比較大。

在整個氫燃料電池產業鏈中,氫燃料電池發動機處於絕對的核心地位,氫燃料經過發動機轉化為電能應用到終端。魏長河表示,目前制約中國燃料電池汽車發展的瓶頸,就是氫燃料電池發動機。雖然國內有不少高校和相應科研機構以及企業,在就燃料電池發動機技術展開相應研究和示範性經營應用,但是氫燃料電池發動機核心技術,這兩年通過評估,能夠達到產業化或者達到工業化應用的,核心技術仍然掌握在國外企業手中。

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三、燃料電池產業發展瓶頸

目前,燃料電池產業發展面臨幾大瓶頸,主要體現在成本控制、人才和技術水平等方面。

(1)燃料電池系統成本高

氫作為主要燃料,做到快速的加註,同時單位質量的氫能夠做到比汽油更長的里程。但缺點在於製造和使用成本都過高(質子交換膜、鉑催化劑、高純氫存儲),而且裝備複雜龐大。

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(2)人才與技術限制

燃料電池的技術差距與國外非常大,電堆與電池堆控制技術尚不完善,且存在電池壽命過短問題。

(3)專利水平較低

2005年以來,燃料電池技術一直是全球清潔能源技術知識產權最熱門的發展領域。在國內,只有極少數企業在燃料電池汽車領域的研發水平非常強勁,很多專利都是集中在國外的幾個大公司。魏長河認為,國外企業雖然沒有對我們專利提出相應保護,但隨著燃料電池汽車的大規模發展,國外企業將以專利問題對中國燃料電池發展進行制約。

魏長河表示, 氫燃料電池系統的成本一直處於下降過程中,目前應著力提高控制水平、解決壽命短板,從長遠來看,燃料電池汽車大有可為。

四、氫燃料客車發展行業背景

(1)發展歷程

魏長河認為,燃料電池客車的發展到目前可分為三個階段。一是從2001年到2005年,主要是整車採用的示範經營的階段,在這一階段,燃料電池處在自由探索階段,主要特點包括:動力系統的構型不確定;零部件不夠成熟、系統穩定性比較差;電池、電機包括燃料電池系統故障率比較多。第二個階段為2006年到2010年,是一個參數優化的階段,主要是動力系統構型基本確定,零部件參數也在不斷優化,從功率型發展到能量混合型,而且電機和零部件的水平在逐步提高。在這一階段,奧運會和在2010年上海世博會都有產品在示範運行,產生了小批量的產業化運行。第三個階段是2011年到2015年,這一階段,第三代是燃料電池客車已經推出,燃料電池系統構型基本不變,整車成本尤其是燃料電池系統和發動機的成本,在逐步下降,可靠性性能明顯提高,開始向整車企業推廣應用。

(2)行業背景

首先是加氫站經營和規劃建設數量在不斷增加,其範圍已經開始向全國各地擴展。

其次,隨著產業不斷發展,國內已經形成了京津冀、華東、華南(佛山-雲浮)、華中(武漢)四個氫燃料電池產業集群,並圍繞當地研發情況及工業基礎形成了各自的產業配套及商業應用模式。其中,京津冀地區依托於國家對2022年冬奧會相應的推廣應用,發展速度最快。

第三,上中下遊產業鏈不斷完善,截至2017年9月,大陸大約215家註冊企業直接從事氫燃料電池相關業務,國內相關企業快速布局氫燃料電池產業在不斷加快。

最後,氫能小鎮概念。目前,重點打造的氫能小鎮有三個,批准有浙江台州、江蘇的如皋、廣東的雲城等,氫能小鎮既能加速產業的轉型升級,也能推動新能源產業發展,是推廣燃料電池發展的新思路。

(3)燃料電池產業發展目標、技術路徑及重點

魏長河認為,2020年到2030年,燃料電池汽車將逐步從示範經營向大規模推廣應用進行轉變。根據相關預測,2020年,氫燃料電池車將有5000輛,魏長河認為,到2030年,整個市場將突破百萬級。2020年,石墨板燃料電池的堆比功率將達到2.0kW/kg,到2025年,這一指標將達到2.5kW/kg;在電池壽命方面,目前燃料電池堆壽命基本上在3000小時左右,魏長河預測在2020年應該有希望達到5000小時,在2030年,可以達到8000小時,一輛燃料電池客車可以做到十年之內的正常使用,而不用換電堆。

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(4)燃料電池汽車技術路線總體思路

近期(5年內),以中等功率燃料電池與大容量動力電池的深度混合動力構型為技術特徵,做到燃料電池汽車在特定地區的公共服務用車領域大規模示範應用;中期(10年內),以大功率燃料電池與中等容量動力電池的電電混合為特徵,做到燃料電池汽車的較大規模批量化商業應用;遠期(15年內),以全功率燃料電池為動力特徵,在乘用車、大型商用車領域做到百萬輛規模的商業推廣,以可再生能源為主的氫能供應體系建設與規模擴大支撐燃料電池汽車規模化發展。

五、北汽福田氫燃料電池汽車布局

(1)福田汽車氫燃料電池客車發展概述

北汽福田是國內最早從事燃料電池客車研發,並獲得第一款公告。現有產品覆蓋8~12米城市/城間客車,並率先在國內做到了商業化經營。

2006年,福田汽車與清華大學聯合承接了國家「863計劃」節能與新能源汽車重點項目中氫燃料電池電動客車的研發。2008年,福田汽車獲得第一款燃料電池客車公告,並有3輛燃料電池汽車在北京奧運會期間示範經營。2018年,福田汽車與清華大學、北京理工大學共同承接了北京市科委「面向冬奧環境高速燃料電池大客車」科技研發項目,並有49台10.5米燃料電池城市客車批量交付張家口公交。

截至目前,福田汽車已經研發了三代燃料電池客車產品,並有159輛客車交付使用。第三代燃料電池客車採用全球領先的幹膜技術氫燃料電池發動機,可做到-30℃低溫啟動、 -46℃低溫存放和停機自‍動保護,加註氫氣15分鐘,續航里程可達300公里以上。

(2)福田汽車氫燃料電池客車技術路線

福田歐輝汽車燃料電池汽車的兩種技術路線包括全功率型燃料電池汽車、氫電混合式燃料電池汽車兩種。

其中全功率型燃料電池汽車是純使用氫燃料發動機提供動力,成本高,技術壁壘較高,不適合國內,且在勻速行駛階段燃料電池發動機的功率未完全釋放,對燃料電池的壽命要求苛刻。

氫電混合式燃料電池汽車,採用氫-電混合的動力策略,在勻速行駛階段,燃料電池發動機提供功率;在加速或爬坡行駛階段,燃料電池發動機和動力電池共同提供功率。集合了全功率燃料電池汽車(FCV)與純動力電池汽車(EV)的優點,既控制了成本又保障了續航里程。

(3)福田汽車氫燃料電池客車產品

福田歐輝氫燃料電池客車現有車型已經涵蓋8.5米、10.5米、12米,廣泛應用於城市、旅遊團體、定制班車等多種類型用途。正在規劃開發10.8米、12米高速長續駛里程城間車型以及18米大容量城市幹線公車型。

福田汽車目前正在重點研發面向冬奧壞境的高速燃料電池大客車項目,該項目由北京市科委批准立項,北汽福田牽頭設計開發。目前滿足-20度環境的燃料電池客車已經在張家口地區小批量示範運行,適用於的-30度冬奧低溫環境的自加熱燃料電池發動機正在開發中,預計2018年9月完成樣機開發,2018年12月完成產品平台集成設計與性能樣車開發與優化,2019年初在冬奧環境下進行道路試驗。

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