一篇文章读懂国外燃料电池汽车产业

2016-06-01 21:07:24来源: 燃料电池之家 关键字:燃料电池  汽车

    目前,燃料电池的研究重点开始集中到提高燃料电池功率密度、延长燃料电池寿命等方面。
 
    本文根据亿华通公开转让说明书整理,对北美、欧洲、日韩等燃料电池汽车产业发展概况进行了综述,并对其未来发展趋势做出了预测与总结。

 

一、北美地区

    美国和加拿大是燃料电池研发和示范的主要区域。在美国能源部(DOE)、交通部(DOT)和环保局(EPA)等部门的支持下,燃料电池技术近年来取得了很大的进步,通用、福特、丰田、戴姆勒奔驰、日产、现代等整车企业都在美国加州参加了燃料电池电动汽车的技术示范运行,并培育了联合技术公司(UTC,美国)、巴拉德(Ballad,加拿大)等国际知名的燃料电池研发和制造企业。

    美国在2006年专门启动了国家燃料电池公共汽车计划(National FuelcellCity Bus Program,NFCBP),进行了广泛的车辆研发和示范工作。2011年美国燃料电池公共汽车实际道路示范运行单车寿命最长超过11000小时1;到2015年,运行的公交车平均累计运行时间已经达到9000小时(仍然在运行),最长的车辆寿命超过了18000小时。预计到2016年底,美国燃料电池公共汽车的使用寿命将达到2万~3万小时,车辆的性能达到传统柴油客车的水平,实现每天19小时的运行和出勤率,故障间隔里程大于4000英里。

    通用曾经于2007年投放了100辆雪佛兰Equinox燃料电池电动汽车直接给消费者使用,2009年达到了100多万英里的行驶里程。在降低成本和提升燃料电池的性能上,通用新一代燃料电池体积比雪佛兰Equinox缩小了一半,重量减轻了220磅,使用的铂金仅为原来的1/3。预计到2017年,100kW燃料电池发动机的铂金用量将下降到10~15g,达到传统内燃机三效催化剂的铂金用量水平,将为量产做好准备。下表为美国通用公司的两代燃料电池系统性能对比。

   

美国通用公司两代燃料电池发动机系统的性能对比美国通用公司两代燃料电池发动机系统的性能对比

    下表为美国能源部对轿车燃料电池成本的估计,预计到2020年,在年生产量20万辆的条件下,随着燃料电池技术的进步(100kW电堆铂用量下降到10g),燃料电池轿车成果将低于3万美元。

美国能源部橡树岭国家实验室对燃料电池轿车成本的预测美国能源部橡树岭国家实验室对燃料电池轿车成本的预测

二、欧洲地区

    欧洲的燃料电池客车示范计划(HYFLEET-CUTE)从2003年至2010年在10个城市示范运行了30辆第一代戴姆勒燃料电池客车,累计运行130万英里。这些车辆采用“电池+12kW的氢燃料电池”的动力形式。在此基础上,欧洲燃料电池客车示范项目(CHIC:Clean Hydrogen in European Cities)在5个城市开展了26辆第二代燃料电池公共汽车示范运行,期限从2011年至2017年,目标是实现燃料电池电动汽车性能达到目前燃油汽车的标准。该项目由联合技术倡议(JTI:Joint Technology Initiative’s)燃料电池及氢能合作计划(FCH-JU)和相关企业资助。

    在德国,主要的汽车和能源公司与政府一起承诺:到2015年建立广泛的全国氢燃料加注网络。2013年初,宝马公司决定与丰田汽车公司合作,由丰田公司向宝马公司提供燃料电池技术。

戴姆勒奔驰的两代燃料电池客车的性能对比戴姆勒奔驰的两代燃料电池客车的性能对比

三、日本和韩国

    从全球范围看,日本和韩国的燃料电池研发水平目前处于全球领先的水平,尤其是丰田、日产和现代汽车公司,在燃料电池电动汽车的耐久性、寿命和成本等方面逐步超越了美国和欧洲。

    2014年12月,丰田发布当今最具成本优势、性能最先进的Mirai燃料电池电动汽车。新车售价723.6万日元(约37.8万人民币);日本政府补贴后,实际价格520万日元(约27.1万人民币)。根据丰田的官方数据,在参照日本JC08燃油模式测试的情况下,Mirai的巡航里程达到650公里,完成单次氢燃料补给仅需约3分钟,10秒内可以完成百公里加速,完全能够应付平常的行车需求。

丰田Mirai外观和燃料电池系统丰田Mirai外观和燃料电池系统

    日产汽车也投入巨资开展燃料电池电堆和轿车的研发。2012年,日产汽车公司研发的电堆功率密度就达到了2.5kW/L的国际先进水平。本田新开发的FCX Clarity燃料电池电动汽车,能够在-30℃顺利启动,续驶里程达到620公里。2014年,本田宣布其燃料电池堆功率密度也达到3kW/L。为推进燃料电池汽车的产业化,丰田公司2015年1月在拉斯维加斯消费电子展上宣布公开与燃料电池汽车相关的5680件专利,包括燃料电池组1970项、高压储氢290项,燃料电池控制系统3350项,加氢站70项。其中与氢基础设施相关的专利会无限期无偿提供;和车辆相关的专利,针对汽车公司设置了截止到2020年使用期限,其他车企想要获取相关专利,必须向丰田提出申请,具体的使用条件需双方单独签署。这能否达到真正的公开效果,则需要时间来检验。

    韩国从2002开始研发燃料电池电动汽车,2005年采用巴拉德的电堆组装了32辆SUV,2006年推出了自己研发的第一代电堆,组装了30台SUV和4辆大客车,并进行了示范运行;2009-2012年间,开发了第2代电堆,装配了100台SUV,开始在国内进行示范和测试,并对电堆性能进行改进;2012-2015年,推出了第3代燃料电池SUV和客车,开始全球示范。2013年,韩国宣布提前2年开展千辆级别的燃料电池SUV(现代的ix35)生产,在全球率先进入燃料电池电动汽车千辆级别的小规模生产阶段。该SUV采用了100kW燃料电池、24kW锂离子电池和100kW电机,70MPa的氢瓶可以储5.6kg氢气,NEDC循环工况续驶里程588km,最高车速160km/h。2015年,美国华德公司(Ward)将该燃料电池发动机评为北美年度十佳量产的发动机之一,这是燃料电池首次入选。

2015年北美十佳发动机清单2015年北美十佳发动机清单

四、发展趋势总结

    从美洲、欧洲和日韩等发达国家的燃料电池电动汽车发展现状看,全球主要汽车公司大都已经完成了燃料电池电动汽车的基本性能研发阶段,解决了若干关键技术问题,其整车性能、可靠性、寿命和环境适应性等各方面均已基本达到了和传统汽车相媲美的水平。

    随着这些发达国家的燃料电池电动汽车技术趋于成熟,其研究重点也逐渐集中到提高燃料电池功率密度、延长燃料电池寿命、提升燃料电池系统低温启动性能、降低燃料电池系统成本、大规模建设加氢基础设施、推广商业化的示范等方面。据美国能源部预测,2017年燃料电池系统的成本将下降到30美元/kW,达到和内燃机成本同样的水平。

几款主流燃料电池轿车性能参数对比几款主流燃料电池轿车性能参数对比

全球典型燃料电池巴士的技术参数对比全球典型燃料电池巴士的技术参数对比

    为了实现该目标,世界各国纷纷制定了各自的加氢站建设规划以配合燃料电池电动汽车的推广应用。

    日本目前在名古屋、东京、大阪和福冈四个城市之间拟建造100座加氢站,在2025年前扩大到1000个加氢站;到2030年计划建成覆盖全国的加氢站,数量达到5000个,燃料电池电动汽车的比例超过10%。韩国到2015年已经建设了13座加氢站,预计到2020年建设168座加氢站,沿韩国高速公路建设成氢高速公路。

    美国计划于2017年建成至少84座加氢站,达到单站日产500公斤以上的氢气产量。虽然计划十分恢宏,但是各国加氢站的实际建设进度并没有预计的那么快。加氢站的建设成本是加油站的5倍,且加氢站在城市中建设还面临一系列诸如土地和安全法规的限制。日本经产省通过发布《氢燃料电池车普及策略》、修正《高压气体保安法》等措施为日本的燃料电池电动汽车及加氢站的规划打下政策基础,也为其他国家促进燃料电池电动汽车发展的提供了相关法律法规及政策支持的参考。

关键字:燃料电池  汽车

编辑:鲁迪 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/qcdz/article_2016060115616.html
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