在燃料电池整车方面需要三大关键技术。第一,纯电驱动技术,包括纯电动或者混合动力;第二,整车的结构安全集成技术;第三,车载氢能源和燃料电池技术。

清华大学汽车工程系副主任

清华大学汽车工程系副主任

燃料电池汽车的前景怎么样?

根据美国能源部估算,如果燃料电池技术取得突破,那么到2020年燃料电池整车的成本大概不到30000美元。从这个数字来看,燃料电池的整车成本将来是可以降下来的。值得注意的是,这个结论是燃料电池汽车的行驶里程达到五六百公里时,与内燃机车比较得出来的。

目前,国际上包括丰田、现代、通用、日产、奔驰都开发了相应的燃料电池轿车,这些车的最高车速、加速性能跟传统内燃机驱动的车辆没有什么区别,而且近几年一辆燃料电池轿车的Pt(铂)用量在逐步下降,已经开发出Pt用量降低至20克的车型。

一辆燃料电池汽车的技术性能基本上从六个方面评价。其中,一个关键的性能是加氢时间,5公斤氢气实现3分钟加满。对于轿车来讲,1公斤氢气可以行驶100公里,加满一次氢气续航里程达到500公里,这与内燃机车相当。至于其它关键性能,燃料电池汽车完全可以与内燃机车PK了。

客车也一样。国际上比较主流的几家客车企业正在这个领域发力,在他们研制的或者示范的燃料电池客车当中,有的车型耐久性已经超过10000小时。从全球来看,燃料电池技术已经取得了阶段性的突破。

目前,国际上正在进行氢基础设施的布局和建设。氢从哪里来?有煤制氢、天然气氢、电解水制氢等方法,制备一个标准立方米氢气的成本大概1元钱或几元钱,制备一公斤氢气的成本基本上在20元至40元之间。

如果从终端用户来讲,一辆燃料电池轿车,按照100公里消耗一公斤氢气来讲,费用大概需要20元。按照2020年我国百公里油耗5升标准计算,这个费用比内燃机车便宜一半左右,但是比纯电动汽车稍微贵一点。可以看出,燃料电池汽车的燃料费用介于纯电动和内燃机车之间。

怎么看待燃料电池汽车和纯电动汽车呢?两者相互补充,就像人的左右脚一样,在短续航里程时纯电动有优势,长续航里程时燃料电池有优势。我认为,燃料电池和锂电池的技术是相辅相成,不是相互排斥的。

从国际转向国内,在前三个五年科技计划的支持下,我国基本掌握了燃料电池汽车相关零部件和平台技术,但是在规模化、标准化、一致性方面做得还不够。一些基础零部件,比如空压机等差距比较大,在耐久性、功率密度、低成本方面还明显落后,这也是现在要努力的方向。

通过对国家现状、国际现状以及燃料电池发展前景的分析,我预计,如果国家政策得当,未来五年,燃料电池汽车包括客车和轿车会有明显突破。客车将进入技术示范阶段,2020年前后会进入大量推广阶段。轿车稍微晚一点,现在主要还是技术攻关阶段,2020年可能进入大规模产业化建设阶段,2025年前后是大规模产业化生产阶段。

现在有很多整车企业,包括原来不开发燃料电池的企业,都对这个产业感兴趣。那么开发燃料电池发动机和开发燃料电池汽车需要做哪些准备?

以燃料电池发动机为例,首先在电化学材料领域,比如Pt催化剂、膜、炭纸三个主要材料,这三项相当于传统内燃机的连杆和活塞,关键的零部件得有。

其次,金属双极板和气体扩散层,这两项相当于传统内燃机燃烧室的设计,然后把它串联组成堆。也可以说成内燃机里的零部件组成整个系统。

在整车方面需要三大关键技术。第一,纯电驱动技术,包括纯电动或者混合动力;第二,整车的结构安全集成技术;第三,车载氢能源和燃料电池技术。希望行业内能够理顺这个关系,从材料到单体、到发动机、到整车,要形成相应的配合关系。

当前什么类型的车具备推广意义?也就是可以实现小规模推广的车型。

是搭载大功率燃料电池发动机的轿车呢,还是像英国的30千瓦燃料电池出租车呢?这个问题还是要回到系统本身的构成。目前国际上纯燃料电池驱动已经基本不存在了,主要类型包括以燃料电池为主的功率混合型、能量混合型以及增程型。总体而言,是以动力电池作为动力、燃料电池作为延长里程的驱动方式。

由于我国全面重点发展纯电动汽车,所以应该以纯电动为出发点,在纯电动平台上面通过增程器的方式发展燃料电池技术。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,现阶段我国应该发展增程式和能量混合型,下一步再发展功率混合型。但是,国家现在的补贴政策没有区别对待这几类燃料电池汽车,统一规定客车补贴50万/辆、轿车补贴20万/辆。

以北汽EV200为例,纯电动汽车行驶200公里消耗电量30kwh,如果再提高10kwh的电量,相应地配置10kw~20kw的增程器,适当地选用插电式,可以降低运营成本,再加上国家补贴,这样一来,2020年之前燃料电池轿车可以实现批量生产。

什么样的燃料电池客车最实用?目前有12米、10米、8米客车,补贴政策基本一致,即中央补贴50万元、地方补贴50万元。通过分析后得出结论,8米的燃料电池如果采用插电和增程方式,成本将小于200万元。补贴之后,如果达到批量生产,售价可以降到50万元。

同时,燃料电池客车的运行成本低于柴油车,而且是零排放。所以在当前的技术条件和政策条件下,是可以推广燃料电池汽车的。

(根据李建秋在燃料电池技术在中国的应用于产业化沙龙发言整理,未经本人确认)

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