李建秋：基于純電動(dòng)平臺發(fā)展燃料電池技術(shù)
日期：2024-11-29 19:55:52 作者：宏力精密鋼管 閱讀數(shù)：555目前，國際上包括豐田、現(xiàn)代、通用、日產(chǎn)、奔馳都開發(fā)了相應(yīng)的燃料電池轎車，這些車的最高車速、加速性能跟傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)驅(qū)動(dòng)的車輛沒有什么區(qū)別，而且近幾年一輛燃料電池轎車的Pt(鉑)用量在逐步下降，已經(jīng)開發(fā)出Pt用量降低至20克的車型。
一輛燃料電池汽車的技術(shù)性能基本上從六個(gè)方面評價(jià)。其中，一個(gè)關(guān)鍵的性能是加氫時(shí)間，5公斤氫氣實(shí)現(xiàn)3分鐘加滿。對于轎車來講，1公斤氫氣可以行駛100公里，加滿一次氫氣續(xù)航里程達(dá)到500公里，這與內(nèi)燃機(jī)車相當(dāng)。至于其它關(guān)鍵性能，燃料電池汽車完全可以與內(nèi)燃機(jī)車PK了。
客車也一樣。國際上比較主流的幾家客車企業(yè)正在這個(gè)領(lǐng)域發(fā)力，在他們研制的或者示范的燃料電池客車當(dāng)中，有的車型耐久性已經(jīng)超過10000小時(shí)。從全球來看，燃料電池技術(shù)已經(jīng)取得了階段性的突破。
目前，國際上正在進(jìn)行氫基礎(chǔ)設(shè)施的布局和建設(shè)。氫從哪里來?有煤制氫、天然氣氫、電解水制氫等方法，制備一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)立方米氫氣的成本大概1元錢或幾元錢，制備一公斤氫氣的成本基本上在20元至40元之間。
如果從終端用戶來講，一輛燃料電池轎車，按照100公里消耗一公斤氫氣來講，費(fèi)用大概需要20元。按照2020年我國百公里油耗5升標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算，這個(gè)費(fèi)用比內(nèi)燃機(jī)車便宜一半左右，但是比純電動(dòng)汽車稍微貴一點(diǎn)。可以看出，燃料電池汽車的燃料費(fèi)用介于純電動(dòng)和內(nèi)燃機(jī)車之間。
怎么看待燃料電池汽車和純電動(dòng)汽車呢?兩者相互補(bǔ)充，就像人的左右腳一樣，在短續(xù)航里程時(shí)純電動(dòng)有優(yōu)勢，長續(xù)航里程時(shí)燃料電池有優(yōu)勢。我認(rèn)為，燃料電池和鋰電池的技術(shù)是相輔相成，不是相互排斥的。
從國際轉(zhuǎn)向國內(nèi)，在前三個(gè)五年科技計(jì)劃的支持下，我國基本掌握了燃料電池汽車相關(guān)零部件和平臺技術(shù)，但是在規(guī)模化、標(biāo)準(zhǔn)化、一致性方面做得還不夠。一些基礎(chǔ)零部件，比如空壓機(jī)等差距比較大，在耐久性、功率密度、低成本方面還明顯落后，這也是現(xiàn)在要努力的方向。
通過對國家現(xiàn)狀、國際現(xiàn)狀以及燃料電池發(fā)展前景的分析，我預(yù)計(jì)，如果國家政策得當(dāng)，未來五年，燃料電池汽車包括客車和轎車會(huì)有明顯突破。客車將進(jìn)入技術(shù)示范階段，2020年前后會(huì)進(jìn)入大量推廣階段。轎車稍微晚一點(diǎn)，現(xiàn)在主要還是技術(shù)攻關(guān)階段，2020年可能進(jìn)入大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化建設(shè)階段，2025年前后是大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)階段。
現(xiàn)在有很多整車企業(yè)，包括原來不開發(fā)燃料電池的企業(yè)，都對這個(gè)產(chǎn)業(yè)感興趣。那么開發(fā)燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)和開發(fā)燃料電池汽車需要做哪些準(zhǔn)備?
以燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)為例，首先在電化學(xué)材料領(lǐng)域，比如Pt催化劑、膜、炭紙三個(gè)主要材料，這三項(xiàng)相當(dāng)于傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)的連桿和活塞，關(guān)鍵的零部件得有。
其次，金屬雙極板和氣體擴(kuò)散層，這兩項(xiàng)相當(dāng)于傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)燃燒室的設(shè)計(jì)，然后把它串聯(lián)組成堆。也可以說成內(nèi)燃機(jī)里的零部件組成整個(gè)系統(tǒng)。
在整車方面需要三大關(guān)鍵技術(shù)。第一，純電驅(qū)動(dòng)技術(shù)，包括純電動(dòng)或者混合動(dòng)力;第二，整車的結(jié)構(gòu)安全集成技術(shù);第三，車載氫能源和燃料電池技術(shù)。希望行業(yè)內(nèi)能夠理順這個(gè)關(guān)系，從材料到單體、到發(fā)動(dòng)機(jī)、到整車，要形成相應(yīng)的配合關(guān)系。
當(dāng)前什么類型的車具備推廣意義?也就是可以實(shí)現(xiàn)小規(guī)模推廣的車型。
是搭載大功率燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)的轎車呢，還是像英國的30千瓦燃料電池出租車呢?這個(gè)問題還是要回到系統(tǒng)本身的構(gòu)成。目前國際上純?nèi)剂想姵仳?qū)動(dòng)已經(jīng)基本不存在了，主要類型包括以燃料電池為主的功率混合型、能量混合型以及增程型。總體而言，是以動(dòng)力電池作為動(dòng)力、燃料電池作為延長里程的驅(qū)動(dòng)方式。
由于我國全面重點(diǎn)發(fā)展純電動(dòng)汽車，所以應(yīng)該以純電動(dòng)為出發(fā)點(diǎn)，在純電動(dòng)平臺上面通過增程器的方式發(fā)展燃料電池技術(shù)。第一，它的成本可以降低;第二，它的耐久性也可以提高。基于此，現(xiàn)階段我國應(yīng)該發(fā)展增程式和能量混合型，下一步再發(fā)展功率混合型。但是，國家現(xiàn)在的補(bǔ)貼政策沒有區(qū)別對待這幾類燃料電池汽車，統(tǒng)一規(guī)定客車補(bǔ)貼50萬/輛、轎車補(bǔ)貼20萬/輛。
以北汽EV200為例，純電動(dòng)汽車行駛200公里消耗電量30kwh，如果再提高10kwh的電量，相應(yīng)地配置10kw～20kw的增程器，適當(dāng)?shù)剡x用插電式，可以降低運(yùn)營成本，再加上國家補(bǔ)貼，這樣一來，2020年之前燃料電池轎車可以實(shí)現(xiàn)批量生產(chǎn)。
什么樣的燃料電池客車最實(shí)用?目前有12米、10米、8米客車，補(bǔ)貼政策基本一致，即中央補(bǔ)貼50萬元、地方補(bǔ)貼50萬元。通過分析后得出結(jié)論，8米的燃料電池如果采用插電和增程方式，成本將小于200萬元。補(bǔ)貼之后，如果達(dá)到批量生產(chǎn)，售價(jià)可以降到50萬元。
同時(shí)，燃料電池客車的運(yùn)行成本低于柴油車，而且是零排放。所以在當(dāng)前的技術(shù)條件和政策條件下，是可以推廣燃料電池汽車的。