國(guó)內(nèi)燃料電池汽車發(fā)展概況

1 國(guó)內(nèi)政策發(fā)展
 我國(guó)新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃中明確提出發(fā)展包括純電動(dòng)汽車、插電式混合動(dòng)力汽車及燃料電池汽車在內(nèi)的新能源汽車，但從國(guó)內(nèi)情況來(lái)看，目前新能源汽車的發(fā)展更加偏重于純電動(dòng)汽車和插電式混合動(dòng)力汽車，而氫燃料電池車基本處于配角地位。自2014 年以來(lái)，我國(guó)密集頒布了一系列政策措施，彰顯出國(guó)家發(fā)展氫能與燃料電池產(chǎn)業(yè)的決心，總體來(lái)看，政策扶持產(chǎn)業(yè)發(fā)展的趨勢(shì)愈加明顯。

                       表1國(guó)內(nèi)氫能源政策情況

 2 國(guó)內(nèi)燃料電池發(fā)展現(xiàn)狀 

 2.1 氫能研發(fā)起步早，體系不完善
我國(guó)對(duì)氫能的研究與開發(fā)可追溯到20 世紀(jì)60 年代。2000 年科技部啟動(dòng)973 基礎(chǔ)研究項(xiàng)目，內(nèi)容為氫能的規(guī)模制備、儲(chǔ)運(yùn)和燃料電池的相關(guān)研究，該項(xiàng)目針對(duì)氫能領(lǐng)域的若干科學(xué)命題和核心技術(shù)開展基礎(chǔ)性研究。2001-2005 年，國(guó)家科技部863 電動(dòng)汽車重大專項(xiàng)設(shè)立課題，以期在燃料電池、燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)以及整車系統(tǒng)方面形成一套擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的核心技術(shù)，zui終開發(fā)成功燃料電池公交車和燃料電池轎車。

目前我國(guó)已經(jīng)形成從基礎(chǔ)研究到示范演示的格局，初步形成一支由高等院校、科研院所、石油化工及汽車工業(yè)等部門為主的從事氫能研究、開發(fā)和應(yīng)用的專業(yè)隊(duì)伍。我國(guó)燃料電池汽車產(chǎn)業(yè)鏈的研
發(fā)體系以大學(xué)為主，清華大學(xué)、同濟(jì)大學(xué)以及大連化學(xué)物理研究所承擔(dān)大量的研發(fā)工作，而燃料電池汽車的生產(chǎn)體系建設(shè)較為緩慢，只有上汽集團(tuán)參與相關(guān)建設(shè)工作。2012 年，清華大學(xué)、同濟(jì)大學(xué)、中科院大連物理化學(xué)研究所、上汽、一汽等發(fā)起成立中國(guó)燃料電池汽車技術(shù)創(chuàng)新戰(zhàn)略聯(lián)盟。國(guó)內(nèi)燃料電池研發(fā)與生產(chǎn)體系仍需要不斷的完善，才能更好的推動(dòng)我國(guó)氫能源產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展。

 2.2 技術(shù)突破，但關(guān)鍵技術(shù)落后
經(jīng)過多年努力，我國(guó)在氫能和燃料電池技術(shù)領(lǐng)域取得了較大進(jìn)展。在氫制備、儲(chǔ)運(yùn)等技術(shù)領(lǐng)域，我國(guó)的制氫工業(yè)以引進(jìn)技術(shù)為主，技術(shù)相對(duì)成熟，與發(fā)達(dá)國(guó)家的差距不大；在燃料電池技術(shù)領(lǐng)域，我國(guó)已經(jīng)掌握了諸如電催化劑、質(zhì)子交換膜、雙極板材料等關(guān)鍵技術(shù)，與*水平保持同步，但在關(guān)鍵零部件規(guī)模生產(chǎn)和電堆批量組裝及相關(guān)性能指標(biāo)，我國(guó)還落后于*國(guó)家。

 2.3 產(chǎn)業(yè)整體處于研發(fā)示范階段
目前我國(guó)已經(jīng)自行設(shè)計(jì)、制造、實(shí)驗(yàn)了多種不同型號(hào)的燃料電池樣車。研制的燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)和汽車亦在2008 年北京奧運(yùn)會(huì)和2010年上海世博會(huì)進(jìn)行示范運(yùn)行，均取得圓滿成功。上汽也于2013 年舉辦實(shí)現(xiàn)燃料電池汽車中*里行活動(dòng)，充分驗(yàn)證了燃料電池汽車的環(huán)境適應(yīng)性。

但與美歐日等西方發(fā)達(dá)國(guó)家相比，我國(guó)在氫能與燃料電池產(chǎn)業(yè)化和商業(yè)化進(jìn)程方面滯后。國(guó)外燃料電池產(chǎn)業(yè)鏈各環(huán)節(jié)均已實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化，但國(guó)內(nèi)的產(chǎn)業(yè)化程度還很低，且研發(fā)主體基本多為高校、可研機(jī)構(gòu)和中小企業(yè)，商業(yè)化產(chǎn)品?？傮w來(lái)看，我國(guó)與國(guó)外水平差距明顯，基本停留在技術(shù)示范階段。

 2.4 核心少，創(chuàng)新能力不足
在氫能與燃料電池技術(shù)上，我國(guó)與美日德存在較大差距。從優(yōu)先權(quán)申請(qǐng)來(lái)看，燃料電池汽車技術(shù)主要集中在日本、韓國(guó)、美國(guó)和德國(guó)。其中，日本優(yōu)先權(quán)數(shù)量達(dá)到10454 個(gè)族，占 71%，各大關(guān)鍵技術(shù)均處于地位。此后依次是韓國(guó)（1225）、美國(guó)（1089）與德國(guó)（949），差別不大，中國(guó)（317）以2%*五。我國(guó)氫燃料電池技術(shù)和產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)薄弱，資金和技術(shù)力量投入不足，參與機(jī)構(gòu)數(shù)量較少，導(dǎo)致我國(guó)氫燃料電池技術(shù)創(chuàng)新能力不足。“十二五”期間，科技部預(yù)算計(jì)劃投入2 億多元用于燃料電池汽車研發(fā)，但與發(fā)達(dá)國(guó)家數(shù)億美元的投入相比略顯不足。

 2.5 加氫站技術(shù)成熟但建設(shè)滯后
加氫站建設(shè)方面，我國(guó)的35MPa 加氫站技術(shù)已趨于成熟，加氫站的設(shè)計(jì)、建設(shè)以及三大關(guān)鍵設(shè)備如45MPa 大容積儲(chǔ)氫罐、35MPa 加氫機(jī)和45MPa 隔膜式壓縮機(jī)均已實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)化。目前，我國(guó)已經(jīng)開始主攻70MPa 加氫站技術(shù)。截止2016 年7 月，我國(guó)運(yùn)行的加氫站共有5 座，分別位于北京、上海、佛山、大連和鄭州，加氫站建設(shè)較為滯后。

 3 國(guó)內(nèi)燃料電池與氫能的建設(shè)成績(jī)
近年來(lái)，我國(guó)在燃料電池方面的投入也不斷加大，經(jīng)過三個(gè)“五年規(guī)劃”及“863”等科技項(xiàng)目攻關(guān)，基本建立起具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的燃料電池轎車與燃料電池城市客車動(dòng)力系統(tǒng)技術(shù)平臺(tái)，也初步形成了燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)、動(dòng)力電池、DC/DC 變換器、驅(qū)動(dòng)電機(jī)、供氫系統(tǒng)等關(guān)鍵零部件的配套研發(fā)體系。我國(guó)燃料電池汽車正處于商業(yè)化示范運(yùn)行考核與應(yīng)用的階段，已在北京奧運(yùn)燃料電池汽車規(guī)模示范、上海世博燃料電池汽車規(guī)模示范、UNDP 燃料電池城市客車示范以及“十城千輛”、廣州亞運(yùn)會(huì)、深圳大運(yùn)會(huì)等示范應(yīng)用中取得了相對(duì)良好的社會(huì)效益。

 3.1 燃料電池汽車
基于燃料電池轎車和客車動(dòng)力系統(tǒng)技術(shù)平臺(tái)，目前已開發(fā)出3 款燃料電池客車、5 款燃料電池轎車，已具備開發(fā)百輛級(jí)燃料電池汽車動(dòng)力系統(tǒng)平臺(tái)與整車生產(chǎn)能力以及進(jìn)入國(guó)外市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)力。成功在北京奧運(yùn)會(huì)、上海世博會(huì)、環(huán)境基金與聯(lián)合發(fā)展計(jì)劃署(GEF/UNDP)共同支持的燃料電池城市客車商業(yè)化示范區(qū)、新加坡青奧會(huì)、美國(guó)加州等活動(dòng)和區(qū)域進(jìn)行了示范運(yùn)行。

燃料電池轎車zui高車速達(dá)150km/h，0~100km/h 的加速時(shí)間14 秒，一次加氫續(xù)駛里程300km，氫氣消耗0.912kg/100km。動(dòng)力系統(tǒng)平臺(tái)應(yīng)用于“上海牌”、“帕薩特”、“奔騰”、“志翔”、“東方之子”等車型，先后完成了2008 年北京奧運(yùn)會(huì)、2009 年美國(guó)加州、2010 年上海世博會(huì)和廣州亞運(yùn)會(huì)等示范和運(yùn)行。

         表2 燃料電池轎車指標(biāo)完成情況

所開發(fā)的燃料電池客車動(dòng)力系統(tǒng)平臺(tái)應(yīng)用在福田、蘇州金龍，上汽申沃等客車上，先后參加了2008 年北京奧運(yùn)會(huì)、2010 年上海世博會(huì)、2010 年新加坡首屆青年奧運(yùn)會(huì)等示范，還成功參加了北京公交
為期一年的道路載客運(yùn)行，驗(yàn)證了燃料電池客車的動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性和可靠性，車輛百公里氫氣消耗率為8.5kg。 

           表3 燃料電池轎車指標(biāo)完成情況

2016 年9 月，*條氫能源城市公交車示范線路正式開通，由上海重塑能源科技和佛山飛馳客車共同研制的12 臺(tái)燃料電池大巴車正式投入運(yùn)營(yíng)。

 3.2 燃料電池車用動(dòng)力總成
我國(guó)已經(jīng)攻克了車用燃料電池動(dòng)力系統(tǒng)集成、控制和適配等關(guān)鍵難點(diǎn)，形成了燃料電池系統(tǒng)、動(dòng)力電池、DC/DC 變換器、驅(qū)動(dòng)電機(jī)、儲(chǔ)氫與供氫系統(tǒng)等關(guān)鍵零部件配套研發(fā)體系，實(shí)現(xiàn)了綜合技術(shù)的跨越，總體技術(shù)接近*水平。 

以同濟(jì)大學(xué)新能源汽車工程中心為主的燃料電池轎車動(dòng)力系統(tǒng)研發(fā)團(tuán)隊(duì)和以清華大學(xué)汽車安全與節(jié)能國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室為主的燃料電池客車動(dòng)力系統(tǒng)研發(fā)團(tuán)隊(duì)在車用燃料電池動(dòng)力系統(tǒng)平臺(tái)技術(shù)方面取得重要進(jìn)展。轎車動(dòng)力系統(tǒng)技術(shù)平臺(tái)采用燃料電池-動(dòng)力電池混合驅(qū)動(dòng)的構(gòu)型方案，形成了千套級(jí)燃料電池轎車動(dòng)力系統(tǒng)平臺(tái)的集成能力。燃料電池客車形成的燃料電池-動(dòng)力電池動(dòng)力系統(tǒng)技術(shù)平臺(tái)，攻克了制動(dòng)能量回收、蓄電池系統(tǒng)熱電管理技術(shù)、雙燃料電池堆獨(dú)立運(yùn)行等瓶頸技術(shù)，建立了碰撞-氫-電等多因素構(gòu)成的新的汽車安全技術(shù)體系，完成了國(guó)內(nèi)*例客車用氫-電系統(tǒng)的整車碰撞試驗(yàn)。

  圖 1 上海世博燃料電池客車與燃料電池轎車

 3.3 燃料電池系統(tǒng)

我國(guó)在車用燃料電池系統(tǒng)技術(shù)方面，初步掌握了燃料電池的材料、部件及電堆的關(guān)鍵技術(shù)，基本建立了具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的車用燃料電池技術(shù)平臺(tái)。我國(guó)車用燃料電池電堆的功率密度已達(dá)2.0kW/L，掌握了-20oC 低溫啟動(dòng)技術(shù)，燃料電池轎車道路工況運(yùn)行壽命超過3000h。

國(guó)內(nèi)從事車用燃料電池技術(shù)研究的機(jī)構(gòu)包括大連化學(xué)物理研究所、武漢理工大學(xué)、清華大學(xué)、上海交通大學(xué)、同濟(jì)大學(xué)、中南大學(xué)等諸多高校和科研院所，經(jīng)過國(guó)家科技計(jì)劃的支持，在車用燃料電池關(guān)鍵材料、部件及電堆研究等方面都取得了明顯的進(jìn)展，從發(fā)表的研究結(jié)果來(lái)看，在催化劑、炭紙、膜電極和雙極板的關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)接近*水平。

國(guó)內(nèi)從事車用燃料電池系統(tǒng)產(chǎn)品開發(fā)的單位主要有新源動(dòng)力股份有限公司、上海神力科技有限公司、武漢理工新能源有限公司。質(zhì)子交換膜、催化劑、炭紙、膜電極和雙極板的關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)接近國(guó)外
先進(jìn)水平，但是從這些技術(shù)和材料在燃料電池汽車開發(fā)中的應(yīng)用效果來(lái)看，存在著技術(shù)開發(fā)不充分、產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)方面能力不足、缺乏批量生產(chǎn)能力等問題。在產(chǎn)業(yè)層面上，我國(guó)還不具備完整的燃料電池電堆產(chǎn)業(yè)鏈，燃料電池關(guān)鍵材料主要依賴進(jìn)口，從事燃料電池電堆相關(guān)業(yè)務(wù)的企業(yè)數(shù)量少、投入小，技術(shù)開發(fā)和制造能力與*水平差距比較明顯。

 3.4 氫氣基礎(chǔ)設(shè)施
我國(guó)已具備設(shè)計(jì)建設(shè)70MPa 加氫站的能力（包括固定站和移動(dòng)站），關(guān)鍵設(shè)備國(guó)產(chǎn)化取得重大進(jìn)展，相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)法規(guī)也在逐步完善中。目前國(guó)內(nèi)運(yùn)行的加氫站有5 座，分別位于北京，上海、佛山.大連和
鄭州。北京加氫站具備站外供氫、站內(nèi)天然氣重整制氫和站內(nèi)電解水制氫三種供氫方式，加注壓力為35MPa；上海加氫站采用外供氫方式，以上海地區(qū)的工業(yè)副產(chǎn)氫氣為氣源，加注壓力70MPa。

從氫能的來(lái)源方面，目前我國(guó)存在的焦?fàn)t氣和工業(yè)副產(chǎn)氣中含有大量的氫，同時(shí)可再生能源，如棄風(fēng)棄電棄水，也可以作為制取氫氣的來(lái)源。