国外氢燃料电池车最新研究动态

本刊 刘春娜

1 概述

近日，华北地区出现本世纪以来最严重的持续空气污染在媒体报道中多次被提及，也成为今年两会频繁被谈论的焦点问题。汽车尾气的排放不可否认地成为雾霾产生的因素之一，新能源汽车的意义越发显得举足轻重。其中，氢燃料电池汽车相对于纯电动汽车具有其自身独特的优势，因为其只会排出水，在环保领域可遥遥领先混合动力车、电动汽车等其他环保汽车，有助于人类尽早开创环保时代，因此人们应当重新认识氢燃料电池汽车未来的市场。

氢燃料电池车是一种以氢燃料作为动力的汽车，本质上也是电动车的一种。它通过氢气与氧气的化学作用产生的电力作为动力驱动电动机，与目前普遍采用锂离子电池的电动车相比，氢燃料电池车同样具备零CO2排放的特色，所产生的废弃只有热能和水蒸气，是非常环保的一种新能源车。在能量回充方面，氢燃料电池补充时间较短，与加油方式大同小异，推广起来会较锂电池的电动车更为容易。

目前，我国汽车企业对于燃料电池技术的直接介入并不积极，车企大多以观望为主。尤其是最近几年汽车企业更是预期氢燃料电池汽车市场化需要更长时间，应该比混合动力和纯电动汽车要迟一些。在产业链条上，国内氢燃料电池的关键部件如隔膜、催化剂、炭纸等材料目前主要以进口为主，由于技术含量较高和垄断的原因，价格昂贵。但国际车企巨头却似乎认为氢燃料电池汽车的产业化与混合动力、纯电动汽车的产业化并没有明显的先后关系，而是重叠的，多家国外车企都把2015年作为氢燃料电池汽车的产业化起点。近日，欧美日车企对氢燃料电池汽车热度就不断升温。

2 国外动态

2013年1月，宝马与丰田联盟，丰田将为宝马提供动力系统和氢气存储技术，而宝马则将应用该技术计划2020年分别推出采用双方共同开发成果的燃料电池车。除燃料电池组外，双方还计划共同开发氢燃料罐、马达和电池等。戴姆勒、福特和日产汽车也宣布结成氢燃料电池汽车开发联盟，共享氢燃料电池汽车技术，在2017年之前共同推出一款氢燃料电池汽车。这个三方合作协议，主要目的是联手打造一套共同的氢燃料电池系统，借由三方合作有效提高经济规模，降低开发成本，同时增加研发效率，而这套氢燃料电池系统将会尽可能地提高共通性，以对应三方的车款，并且期望能够在2017年推出全球第一辆价格合理、一般民众负担得起的氢燃料电池车，其目的也是为了早一步确立各项技术规范与零配件的全球规格标准。预期激烈的竞争前景使得国际车企巨头纷纷抛弃前嫌，和竞争对手抱团应对。此前，车企则采用单打独斗的方式抢夺氢燃料电池汽车的技术控制权，并伺机产业化。目前德国奔驰公司开发燃料电池B级车、丰田开发燃料电池SUV、本田公司的FCX clarity轿车和美国通用公司的Equinox SUV氢燃料电池设计寿命都已经达到5 000 h。

国际车企经过前期技术积累已经进入第二阶段，戴姆勒、福特、本田、丰田、日产、通用、现代等汽车公司进行收购燃料电池企业作为其下属零部件公司，或汽车企业直接成立燃料电池电堆开发部门，自行开发燃料电池电堆，纷纷形成了自主的燃料电池电堆开发能力。国际汽车企业燃料电池技术已经基本达到产业化要求。

韩国现代汽车在世界上首次成功实现批量生产途胜ix氢燃料电池车，目前已向欧洲政府机构和公共机关发售。现代汽车在蔚山工厂内另设氢燃料电池车生产厂，同时运营充电和检查设施，2月26日在蔚山工厂的氢燃料电池车生产厂举行了氢燃料电池车量产纪念仪式，3月7日将17辆途胜ix氢燃料电池车装载到货轮上，其中15辆运往丹麦，2辆运向瑞典，这些车辆将于4月向丹麦哥本哈根和瑞典斯堪尼亚分别出口15辆和2辆氢燃料电池车，此后向欧洲政府机关等出口，并计划到2015年在海内外共销售1 000辆氢燃料电池车。届时现代汽车将能够在氢燃料电池车市场上占据优势。途胜ix氢燃料电池车搭载现代汽车单独开发的燃料电池系统和储氢系统。氢燃料电池车一次充电可行驶594公里。现代汽车从1998年开始着手研发氢燃料电池车，2000年11月发布以胜达为型号的氢燃料电池车，2006年现代汽车独立研发了途胜氢燃料电池车。此次量产的氢燃料电池版ix35是第三代车型。该车采用氢燃料电池车专用的核心燃料电池堆、驾驶装置、变频等，提高了效率和便利性。现代汽车方面表示，奔驰、GM、丰田等世界汽车巨头预计到2015年才会生产氢燃料电池车，现代汽车比这些制造商提前两年投入生产。

美国能源部分支机构国家可再生能源实验室(以下简称NREL)2013年初向日本丰田公司借调了四辆燃料电池混合动力汉兰达汽车，进行为期两年的测试。NREL通过对这款氢动力跨界车的测试，加强在氢动力车方面的研究，检验该混合动力是否可代替汽油和柴油动力。负责测试的人员从可再生氢气的生产过程和该混合动力装置对驾驶模式和汽车性能的影响两方面对混合燃料电池进行了测试，而且当为期两年的测试结束时，应用该技术的汽车也将有四年或五年的使用期，届时关系到此项技术成败的关键因素——耐用性和可靠性也能够被检验。除了测试汉兰达车型以外，NREL还会对公众展示多种多样的混合燃料技术，以加深公众对燃料电池的了解，推动燃料电池的经销。NREL对氢动力汉兰达并不陌生，早在2009年NREL就曾帮助丰田汽车对此项技术进行微调。

丰田汽车公司也计划在2015年将新燃料电池汽车投放市场，丰田表示，如果在混合动力系统中引入燃料电池技术，其燃油经济性则会超越标准的燃料电池汽车，关键问题是要增加基础设施和加氢站的数量，否则燃料电池汽车就像是静止的装饰品。公司宣称，作为技术核心的燃料电池组，目前实现了全球最高的3 kW/L输出密度。另外，去掉了燃料电池组曾经必不可少的加湿模块，还实现了氢燃料罐的自产，丰田正为FCV上市扎实地推进准备工作。

本田宣布将在2015年推出一款全新的燃料电池车型。本田保证新的燃料电池车型将采用全新的技术，以大幅度减少生产成本。本田的新款燃料电池车将取代目前仅作为租借用途的FCX Clarity燃料电池车。同时，公司表示，这款新产品将会是一款全球型产品，降低成本是这款新能源车的主要设计目标。本田计划将在推出后的较短时间内在多个国家和地区销售。本田汽车公司专家认为，针对城市短途驾驶，电动汽车是有利可图的产品，但是燃料电池汽车的燃料补充时间和驾驶感受与传统能源汽车更为相似，因此是最好的长期解决方案，其基础设施建设尤为重要。本田在加州有20辆燃料电池汽车作为租赁服务用车，以此为试点方案了解消费者对燃料电池汽车的好感程度。

奔驰公司表示其B级F-CELL氢燃料电池车有望在2014年实现量产，但在此期间还需要相应基础设施的建设。此外，如何降低成本也是奔驰目前研发的重点，量产时候成本有望降低到和现有混合动力车相当的水平，2017年或将真正在市场上进行推广。奔驰将加速推进氢燃料车的商业化，并已小批量生产约200台B级F-CELL，交付给北美、欧洲等地区客户进行测试。奔驰还正式推出了采用氢能源动力的F125概念车，其续航能力有望突破1 000公里。对于燃料电池以及纯电动汽车，人们最担心的就是安全问题。这里的安全包括：行驶中遭遇颠簸路面、发生碰撞等交通事故时，氢或者锂电池是否会发生爆炸？在日常加氢过程中是否会出现泄漏从而引起失火或者爆炸等危及生命安全的事故？奔驰专家表示，目前氢燃料电池车的安全问题已无忧，奔驰的工程师已经对F-CELL驱动系统所有部件的安全性进行了测试，即使是发生了严重的交通事故，氢气也不会造成危险。即使是车辆起火，储氢罐中的氢气也可以通过温控阀门以安全方式排出。相比之下传统汽油机爆炸所造成的后果远比燃料电池车严重。燃料电池车被奔驰视为最佳新能源解决方案之一。奔驰公司认为，目前可以说是发展氢燃料电池车最好的时候，奔驰要在氢燃料电池车研发方面抓住机遇，加大投资，加速发展。专家认为，电动车是奔驰新能源战略的第一个步骤，至少在未来3~5年内还需要它，长远来说则看好氢燃料电池车。奔驰公司表示，目前研发的这款汽车更具效率，希望届时的销量能达到千辆目标。

英国首辆氢燃料电池车将于2015年上路，至2030年会有150万辆氢燃料电池车上路。该项研究由UKH2Mobility发布，该组织由政府部门、汽车制造商、氢燃料提供商和技术支持商共同组成。

德国和韩国也都在积极发展燃料电池汽车和基础设施。尽管事实上燃料电池车比传统能源车要昂贵，但是巴拉德电力系统公司专家表示，随着技术的进步，价格终究会下降，这只是时间问题，发展燃料电池汽车是有意义的。加拿大不列颠哥伦比亚省的滑雪胜地惠斯勒小镇已经将柴油巴士更新换代为燃料电池巴士，这20辆巴士已经运行了90 000 h 120 km。

3 启示

目前，国内相关汽车企业氢燃料电池的稳定寿命已经落后于欧美日车企；成本方面，氢燃料电池汽车成本过高是全球车企需要共同面对的问题，列入量产化计划的国际巨头正致力于成本的降低。其中，丰田汽车宣称其氢燃料电池SUV在2015年价格可由13万美元降低至5万美元。事实上，零排放的氢燃料电池技术的成本在过去的两年里已经减少了10万美元。当然，各大汽车厂商在成本削减方面还有未完成的工作。尤其是燃料电池组及燃料罐制造成本的削减还在进行中，燃料电池组方面要削减铂催化剂的用量，燃料罐方面要降低CFRP（碳纤维增强树脂基复合材料，简称碳纤维复合材料）的价格，这些都是接下来需要解决的重大课题。其他部件方面，FCV与混合动力车（HEV）、插电混合动力车（PHEV） 及纯电动汽车（EV）的通用化是关键。通过使马达、电池、逆变器、电动车辆用空调及制动系统等实现通用化，便可降低成本。

国际巨头加速推进产业化是因为氢燃料电池汽车本身的优势，据了解，氢燃料电池汽车电源系统总能量密度约为316 Wh/kg，而目前纯电动车用锂电池系统能量密度大多低于100 Wh/kg。据奔驰公司公布的信息，其氢燃料电池汽车加满燃料的续航能力达400公里，百公里耗能相当于3.3升汽油，而加满氢燃料的过程仅需3分钟。

基础设施方面，德国和日本汽车制造业巨头2012年在华盛顿举行的有关氢燃料电池车的联合峰会上，就讨论了氢燃料电池汽车取代传统能源汽车的长远方案，与会者认为氢燃料电池车要发展的关键问题是加氢站数量的增加，并确保其每日服务量。目前，一些加氢站的最大储量仅能为6辆汽车提供加氢服务，但是也有一些加氢站能够扩大储量，满足100辆汽车的氢气补给。到2012年底，美国洛杉矶地区的加氢站从5座增至8座，而相比之下，全美的加油站数量约有180 000座。

政策方面，欧美日政府一直在加大扶持，比如英国政府就计划在2030年之前使英国氢燃料电池车保有量达到150万辆，并在2050年之前使其市场占有率达到30%~50%。

相比之下，我们是不是要对氢燃料电池车在技术开发、加氢站建设、强强合作以及政策引导等方面有一个新的认识呢？让我们拭目以待。