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中国氢燃料电池汽车产业处于萌芽初期
性能、寿命、成本是燃料电池商业化的关键
根据美国能源部(DOE)2016年发布的《Multi-Year Research, Development, and Demonstration Plan》,为了实现商业化目标,燃料电池系统需满足以下要求:
1)功率密度:2020年达到650W/L,长期达到850W/L;
2)耐久性:2020年达到5000h,长期目标8000h;
3)规模生产成本:2020年达到40 USD/kW,长期达到30 USD/kW。
《中国制造2025》目标:2020年达到DOE的以上性能要求,2025年开始量产。“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℃;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。”
国外燃料电池汽车产业进入商业化初期
国外燃料电池功率密度、冷启动温度等性能指标已基本接近或超过目标值,进入商业化初期。燃料电池汽车的研究始于1960年代,2015年丰田、现代、通用等车企进入以商业化为目的的第二次开发,燃料电池续航里程、寿命、成本方面有了较大突破,迈入产业化阶段。
2016年中国燃料电池客车发展提速
在国家“十五”、“863”计划电动汽车关键技术重大科技专项和“十一五”节能与新能源汽车重大项目支持下,近年来我国燃料电池汽车技术研发取得重要进展:2015年上汽集团推出了第四代采用荣威950车型平台的燃料电池汽车,续航里程可达400km,已经具备小批量生产的能力;2016年5月宇通推出第三代燃料电池客车,续航里程提升至600km,寿命达到5000h,成本下降50%,该车型的推出意味着我国燃料电池客车商业化的脚步进一步加快;2016年5月,福田汽车接到了有车(北京)新能源汽车租赁公司购买100辆欧辉氢燃料电池电动客车的订单,是目前全球最大批量的氢燃料电池电动客车订单。
关键零部件国产是燃料电池产业化的必要条件
燃料电池系统核心零部件:电堆、空气循环系统和氢气循环系统
燃料电池汽车由燃料电池系统、储氢瓶、驱动电机、整车控制系统、辅助电池系统构成。燃料电池系统占整车成本约63%,由燃料电池堆(催化剂、双极板、质子交换膜),空气循环系统、供氢和水/热管理系统构成。
Ø 空气循环系统工作原理:空气通过压缩机增压之后,经过加湿处理送入到燃料电池反应堆,在那里和来自于氢源的氢气发生电化学反应,输出电能用于动力输出。输入气体在消耗了部分氧气之后,排出反应堆,通过分水,去雾之后,通过膨胀器从压力气体中回收部分压力能,将其转化为机械能反馈到空气压缩机,从而节省供气单元所需要的电能。
Ø 燃料电池堆工作原理:利用质子交换膜技术,使氢气在覆盖有催化剂的质子交换膜作用下,在阳极将氢气催化分解成为质子,这些质子通过质子交换膜到达阴极,在氢气的分解过程中释放出电子,电子通过负载被引出到阴极,这样就产生了电能。
Ø 氢气循环系统工作原理:车载储氢瓶里的氢气经过减压/稳压阀后,压力降为所需要求,再通过电动调节阀、压力传感器、流量计和加湿器进入电堆进行反应,少量多余的氢气进入氢气再循环系统,或经过处理后排入大气。
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