鉅大LARGE | 點擊量：657次 | 2021年11月08日
王曉華：氫能燃料動力電池新能源汽車發(fā)展現(xiàn)狀
五月十九日至二十一日，“第八屆我國國際儲能大會”在深圳隆重召開，來自我國、美國、德國、英國、加拿大、西班牙、日本、韓國、澳大利亞等國和地區(qū)1500余位政府機構(gòu)、科研院所、行業(yè)組織、電力公司、新能源項目單位、系統(tǒng)集成商等代表出席本次大會。
來自上海燃料動力鋰電池汽車動力系統(tǒng)有限公司的技術(shù)總監(jiān)王曉華先生發(fā)表了題為"氫能燃料動力鋰電池新能源汽車發(fā)展現(xiàn)狀"的精彩演講。
演講內(nèi)容如下：
王曉華：非常高興今天有這樣的機會，感謝會務(wù)組，也感謝大家的蒞臨。我今天演講的題目是“氫燃料動力鋰電池新能源汽車的發(fā)展現(xiàn)狀”。我是來自上海燃料動力鋰電池汽車動力系統(tǒng)有限公司，我們公司成立于2001年，是之前科技部部長萬鋼從德國回來之后，萬部長聯(lián)合同濟大學(xué)與上汽集團成立這家公司，也是我國最早做燃料動力鋰電池和動力系統(tǒng)的公司。重要演講的內(nèi)容分為四部分（見PPT）。
燃料動力鋰電池的工作原理，我們了解電解水的逆反應(yīng)過程，電解水，水電解生成氫氣和氧氣，燃料動力鋰電池是把氫氣和氧氣通過電化學(xué)反應(yīng)生成電，出現(xiàn)水。這個過程首先不是一個內(nèi)燃機，是電池電化學(xué)的反應(yīng)過程。它的能量轉(zhuǎn)化效率，直接由化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能，和我們的內(nèi)燃機比，內(nèi)燃機是化學(xué)能轉(zhuǎn)化成熱能，再轉(zhuǎn)化成機械能，再轉(zhuǎn)化成電能，所以它的效率比較高，通常可以達到60%左右。首先氫氣在陽極通過催化劑的催化，質(zhì)子和電子分開，質(zhì)子通過質(zhì)子交換膜到達陰極，電子從外電路走，在陰極和氧分子反應(yīng)生成水。燃料動力鋰電池和鋰離子電池的差別，鋰離子電池是儲能裝置，燃料動力鋰電池更多的是發(fā)電裝置，相當于是發(fā)電寶，簡單是發(fā)電機，鋰離子電池是儲能裝置。
符合Exic IIB T4 Gc防爆標準
充電溫度：0~45℃
-放電溫度：-40~+55℃
-40℃最大放電倍率：1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%
燃料動力鋰電池的分類有很多種，包括前面講的SO、FC以及質(zhì)子交換膜電池、聚合薄膜等等，重要是根據(jù)他們的工作溫度和應(yīng)用場景不同。我今天重要是講質(zhì)子交換膜燃料動力鋰電池，也就是車用的質(zhì)子交換膜燃料動力鋰電池為主，首先工作溫度是在零下20度到零下80度。國外的水平，溫度逐漸提高，溫度提高對整個效率都會有幫助。質(zhì)子交換膜的反應(yīng)公式有陽極是氫氣，把核電子進行分離，出現(xiàn)質(zhì)子在陰極還原。右下方的圖是膜電極完整的結(jié)構(gòu)圖，兩側(cè)黑色的部分是氣體擴散層，重要是新增氫氣的反應(yīng)面積，以及疏水，反應(yīng)過程中會出現(xiàn)水，重要排水的用途。中間黃色部分是催化劑。中間的紫色部分是質(zhì)子交換膜，整個統(tǒng)稱為膜電極。
燃料動力鋰電池和鋰離子電池相同，有很多單體組成，由很多單體串聯(lián)在一起，和鋰離子電池單體相同，組成一個電堆。一個單體里面有雙極板、氣體擴散層、膜電極、質(zhì)子交換膜等。膜電極里面所有重要的材料在里面有，質(zhì)子交換膜、MEA，現(xiàn)在以鉑金催化劑為主，也有其他的貴金屬甚至是非金屬類的催化劑，另外就是碳紙，重要是氣體擴散和疏水的用途。從極板的角度來說，重要是石墨板、石墨復(fù)合板和金屬超級板，現(xiàn)在看到的像巴拉德重要是以金屬板為主。國外的技術(shù)是乘用車，像韓國現(xiàn)代、豐田等等，重要還是以金屬板為主。
極板的比較，石墨板、金屬板和石墨復(fù)合板，從制法上，首先制備工藝以及優(yōu)缺點都有不同，石墨板現(xiàn)在整體的用量最大，包括大巴類、美國的叉車在美國的保有量有2萬多輛，大巴類和物流車重要是以石墨板為主。金屬板有良好的導(dǎo)電性、傳熱性，以及阻氣性，在乘用車未來的趨勢是以金屬板為主。還有復(fù)合板，復(fù)合板是鉑金屬作為分隔板，有留孔的碳板作為流程板，以及極薄的導(dǎo)電圓孔。大連的一個公司重要是做復(fù)合板，包括上汽榮威950的車型、680車型真正進行量產(chǎn)的產(chǎn)品還是以復(fù)合板為主。
燃料動力鋰電池要想工作還要配備氫氣系統(tǒng)、空氣系統(tǒng)、水熱管理系統(tǒng)和其他零部件，氫氣和空氣重要是為它供應(yīng)適當?shù)膲毫?、溫度、濕度、流量的氫氣和空氣。燃料動力鋰電池的工作是希望溫度控制在合理的范圍，所以在它出現(xiàn)的熱也要排出來，整個溫度場的分布要更加均勻，要新增水熱管理系統(tǒng)。控制系統(tǒng)是保證燃料動力鋰電池系統(tǒng)穩(wěn)定可靠工作，對關(guān)鍵執(zhí)行機構(gòu)進行故障診斷，包括空壓機等的使用，以及各種管路、閥門的開閉等等。
燃料動力鋰電池系統(tǒng)的零部件，剛才講的是電堆內(nèi)部，左上角的是一個電堆，旁邊是德國的一個公司金屬板電堆，相當于是燃料動力鋰電池發(fā)動機的心臟，除了它，空氣重要是通過外部壓縮機給它增壓，把空氣供到系統(tǒng)里面，要求重要是無油，另外功耗要求更低、體積小，噪音更小。輔助系統(tǒng)里面的空壓機是重要耗能部件。還有增濕氣，水在系統(tǒng)里面不直接參與反應(yīng)，但是質(zhì)子傳導(dǎo)過程中水作為載體。所以電堆之前要新增增濕氣，一方面供應(yīng)水，也起到熱管理的用途。還有回氫泵，是加在氫氣側(cè)，首先把堆內(nèi)的剩余氫氣進行循環(huán)，提高氫氣的利用率。因為它可以新增流速，反應(yīng)過程中會出現(xiàn)水，水不能及時排出，會出現(xiàn)水煙，對單體的影響很大。所以它的好處，另外就是新增水的流速，減少氫氣側(cè)的使用故障。
前面重要是講基本的原理，燃料動力鋰電池和鋰離子電池做了一些比較。這是一些公開資料（見PPT）。
在車用的領(lǐng)域，燃料動力鋰電池和純電動在什么樣場合，包括插電式混合動力，應(yīng)該在什么樣的場景使用。在短途或者小型的電動汽車來講，純電動應(yīng)該更具有優(yōu)勢。比如100、200甚至300左右的里程純電動可以做到。有關(guān)大型大巴，物流車以及高端的轎車，由于在整個的儲能要求、儲電量要求更多，鋰離子電池的經(jīng)濟性特別差，燃料動力鋰電池可以解決這點，它新增里程只要新增氫瓶的數(shù)量，新增車載供氫的重量就可以。有關(guān)高端一點的轎車，像豐田和本田的車型，它燃料動力鋰電池的功率可以做到110KW，所以有關(guān)性能要求高，有關(guān)動力要求高的燃料動力鋰電池會更適合。根據(jù)日本的預(yù)測，在2050年內(nèi)燃機的下降非?？欤蟾艜陆?0%，這里面的燃油、純電動、混合動力、燃料動力鋰電池，我們認為在長期的發(fā)展趨勢中會并行，而不是有燃料動力鋰電池就沒有純電動或者沒有混合動力。
2017年全球的燃料動力鋰電池的銷量是3260輛，在整車銷售來說是很小的數(shù)量，但是這個上升的趨勢，2016年是2312輛，上升趨勢大概40%，全球的純電動的上升是2016年、2017年上升58%左右。從體量來講，燃料動力鋰電池依然很小，未來的發(fā)展趨勢可能推廣起來更艱難。但是整個上升的比例還是比較高的。另外我國燃料動力鋰電池汽車的規(guī)劃，2030年是200萬輛，2020年是1萬量，2025年是10萬輛，前面也有嘉賓講過，世界的燃料動力鋰電池看我國，我國的燃料動力鋰電池看上海，我國整個市場，新能源汽車的支持力度，國家層面非常大，從技術(shù)的現(xiàn)狀來看，這個階段，特別是物流車、大巴車的推廣非常有助于燃料動力鋰電池車輛的推廣。
這是續(xù)航的比較，包括現(xiàn)在的純電動的車型和燃料動力鋰電池車型的比較，從這里面看，長途的車型里面以燃料動力鋰電池為主，比純電動最大的好處是可以續(xù)航里程更長。加氫方面和充電方面做的比較，加氫的時間一般在3-5分鐘，和加油，從用戶的使用感覺來說更接近。純電動，即便是快充，也要30分鐘以上，慢充可能要幾個小時。當然加氫的過程中，也要很多加氫的注意事項（見PPT）。美國燃料動力鋰電池汽車和純電動銷售的情況，售價。豐田的車型大概是5萬美元左右，在同檔次里面，比特斯拉肯定要便宜，但是比其他同款的EV的車型還是要高。它是介于高端和低端純電動之間的車型。也有機構(gòu)做過測算，國內(nèi)的燃料動力鋰電池百公里的純電動和燃料動力鋰電池的比較，假如使用私人的充電樁0.5元/KWH，公共充電樁電價1.5元/KWH，充電樁效率90%，加氫站氫氣價格40元/KG，和燃油比氫還有點好處。加氫現(xiàn)在的成本還有很大的下降空間，未來我們做過測算，2025年左右可以降到10-20元這樣的級別。
這是國家2018年的補貼政策，純電動的補貼大家都比較清楚，每年在退坡，從2016年開始，每年退坡的比例還是非常大，到2020年可能全部都沒有了。燃料動力鋰電池在補貼上的力度依然非常大，有關(guān)大巴和物流車，現(xiàn)在大巴的車型，國補50萬，地補50萬，去年上海的補貼地補是60萬，一輛定價130萬的車，加上國補、地補的費用是110萬，你只要花20萬左右就可以拿到車，而且每年還有十多萬的加氫補貼。轎車國補是20萬，地補是根據(jù)地方政策，有的1：1、有的1：0.5。從國家補貼政策里面可以看出國家發(fā)展的方向和目的，從大巴的角度，技術(shù)的角度大巴更容易，大巴空間更大，工況使用沒有乘用車這么惡劣，響應(yīng)時間以及可靠性相對乘用車更低。但是補貼政策更多。轎車反而更少，最重要的原因是兩方面，加氫站的建設(shè)上，加氫站滯后于車型的發(fā)展，從大巴和物流車的定點運輸，一個城市要一兩座加氫站就可以。從基礎(chǔ)設(shè)施的推廣上這種更適合短時間的推廣。國內(nèi)的技術(shù)現(xiàn)狀看，特別是金屬板和大功率燃料動力鋰電池相比，國內(nèi)和國外的差距很大。所以短時間內(nèi)更多要扶持本土公司。
燃料動力鋰電池汽車技術(shù)對標，我們現(xiàn)在看到特別多的本田和豐田，以及現(xiàn)代，以及通用，包括近年公布的還有很多，包括奔馳等等車型。我們看到從功率上來講，燃料系統(tǒng)功率，乘用車的國外水平大概都在100KW、114KW，國內(nèi)做轎車的整車公司比較多，但是投入很大，并且做了產(chǎn)業(yè)化、量產(chǎn)化的還是上海的上汽集團，榮威950，是增程車型，功率上并不是主驅(qū)，是偏增程的模型。它里面也要配鋰離子電池，但是數(shù)量很小，可能1、2度電，重要是為了峰值功率的補償，還有穩(wěn)壓的用途。續(xù)航里程，國外的氫瓶用70MPa，國內(nèi)重要是35MPa為主，加氫站除了之前有一家70MPa加氫站，國內(nèi)重要還是以35MPa加氫站為主。
這是點對、催化劑、交換膜、碳紙、MEA、雙極板，我們重要提兩個點，一是壽命的問題，昨天和汪教授一起晚宴，汪教授特別關(guān)注國內(nèi)燃料動力鋰電池的壽命和使用現(xiàn)狀是什么樣的，我們參與國家項目比較早，2001年、2002年國內(nèi)游自主燃料動力鋰電池轎車的發(fā)展，累計到2016年左右，我們參與完成的燃料動力鋰電池的轎車大概有70多輛，觀光車100多輛，加上其他的車型200多輛。重要是以國家的示范項目為主，整體的運營，單車的功率數(shù)不到2萬，并且項目結(jié)束2-3天之后就沒有持續(xù)的運營。我昨天晚上特意查了資料，上汽的950車型，現(xiàn)在國內(nèi)運行時間最長，大概接近10萬公里，并且繼續(xù)在開。像國內(nèi)的系統(tǒng)測試里面，完全是按照乘用車的工況做的，系統(tǒng)測試下來是5000小時，衰減百分之十幾?，F(xiàn)在新組的系統(tǒng)里面已經(jīng)測試的時間是2500小時，衰減只有一點幾，他們還沒有進行全功率的測試，測試時間比較短。另外催化劑里面，重要是以伯族催化劑為主，國內(nèi)重要是1.1每千瓦每克，這個趨勢逐步下降，現(xiàn)在基本上可以做到零點幾千瓦每克。
這是日本的燃料動力鋰電池發(fā)展的路線圖，從2015年到2040年的整個發(fā)展規(guī)劃，包括車型的數(shù)量，到2040年大概是80萬輛，燃料動力鋰電池的自主普及要逐步擴大，并且在加氫站，一個國家或者一個城市燃料動力鋰電池汽車發(fā)展的好與壞，你直接看它的加氫站的數(shù)量就可以了解到實際應(yīng)用的情況。日本計劃在2030年建230座的加氫站。這是日本的一些相關(guān)的研究，日本對燃料動力鋰電池的研發(fā)非常早，從2001年、2002年就有，當時我們參加比賽的時候，以及奧運會之后在加州做示范應(yīng)用，同時豐田的車型、本田的車型都有。并且近期公布燃料動力鋰電池產(chǎn)業(yè)園之后，日本的公司非常敏感，短短不到兩個月時間，有好幾波代表團去上海做調(diào)研，對整個園區(qū)的調(diào)研是非常密集的。
韓國，我們感覺韓國是一個小的國家，研發(fā)力量沒有那么強，韓國在燃料動力鋰電池的發(fā)展是非常、非?？斓摹，F(xiàn)代上個月到我們的園區(qū)進行考察，并且在今年汽車北京的車展上公布了它新的車型。到2030年每新增12輛新車，其中有一輛屬于新燃料動力鋰電池汽車。
美國，燃料動力鋰電池，其實在零幾年，燃料動力鋰電池是高峰期，美國的投入很大，包括在加州周邊建了幾十座加氫站。中間有一段時間，美國能源把燃料動力鋰電池停掉了，最近有恢復(fù)。包括稅收的減免等等政策。
歐洲的發(fā)展規(guī)劃，特別是加氫站上有明確的數(shù)量，到2030年，德國的加氫站是在1000座，加氫的車輛是180萬輛，加氫站方面，國內(nèi)的加氫站，氫氣在國內(nèi)屬于危險品氣體，它從管理上和審批流程上非常嚴，通常要報到發(fā)改委，發(fā)改委再往其他的部委聯(lián)合審批，并且真正意義上的牽頭單位非常少，可能到環(huán)評、安評下來，這一圈非常長。國外很多加氫站和加油站在一起，甚至充電站，三站合一的模式進行加氫。在日本家用的氫氣的量也非常大。
這是大概的各國的加氫站的布局，未來2020年、2030年的初步預(yù)測，整體的上升趨勢是非常明顯的。這是我國燃料動力鋰電池的發(fā)展規(guī)劃，對各個環(huán)節(jié)的技術(shù)和加氫站的情況做了比較詳細的描述和預(yù)測，2030年續(xù)航里程大于500公里，最高車速180，其中很關(guān)鍵的指標是輪啟動零下40度，每百公里耗氫1公斤，成本是小于15萬。補貼政策有關(guān)功率的要求是大于30KW就可以拿到補貼，理論上講，從技術(shù)發(fā)展角度它畫了一個門檻，有關(guān)大型的車聯(lián)網(wǎng)或者更高功率的燃料動力鋰電池來說，未來的需求可能要更大。
這是我國氫能產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)設(shè)施的藍皮書，這里面從產(chǎn)值目標、產(chǎn)業(yè)目標、節(jié)能減排、裝備制造、支撐體系以及制氫、運輸、氫能的利用上面，一些關(guān)鍵的技術(shù)的點以及整個的發(fā)展目標做了非常清晰的描述。特別加氫站方面?，F(xiàn)在的加氫站重要使用的氫氣來源，上海是工業(yè)副產(chǎn)氫為主，像寶鋼的副產(chǎn)氫，以及一些地方的石油化工產(chǎn)氫為主，拉到加氫站充裝，拉過來的壓力比較低，通過壓縮機增壓到30多MPa。
燃料動力鋰電池在發(fā)展過程中，2010年前后是高潮，特斯拉推出之后，燃料動力鋰電池在車用發(fā)展的低谷，豐田的新產(chǎn)品出來之后，燃料動力鋰電池行業(yè)重新發(fā)展起來，2015年開始，從公司的角度能夠感受到整個行業(yè)熱起來，民間資本，從調(diào)研的機構(gòu)，包括業(yè)內(nèi)做系統(tǒng)的以及做整車的重視程度都完全不相同。我們聽到的重要是廣東、佛山、武漢、深圳，深圳之前也有，世博會的時候有60多輛燃油車觀光車在運營，但是實際上國內(nèi)現(xiàn)在很多的城市、很多的省市都有非常大力度的支持，并且都有相關(guān)的公司在里面。
像佛山，廣東省整體的氫能發(fā)展規(guī)劃，廣東省的省領(lǐng)導(dǎo)對燃料動力鋰電池發(fā)展支持很大，明確提出加氫站的補貼，單站補貼在800萬，之前國內(nèi)的加氫站，每座站400萬，2016年就過期了，現(xiàn)在佛山的加氫站政策才是有可能落地的政策。以如皋、南通為基地，建設(shè)我國全產(chǎn)業(yè)鏈的，包括單體、系統(tǒng)以及整車以及加氫的建設(shè)。武漢市今年公布了自己的發(fā)展規(guī)劃，建設(shè)5-20座的加氫站，示范運營的規(guī)模是到2025年，是有3-5座的領(lǐng)軍公司，30-100座加氫站規(guī)模的建設(shè)。
我來自上海，對上海的政策更了解，并且上海是2017年九月五日公布《上海市燃料動力鋰電池發(fā)展規(guī)劃》，我們是參與的起草單位之一，實際上這個規(guī)劃是從2016年就開始收集相關(guān)公司的政策，整個規(guī)劃做的時間最終到公布接近1年時間，然后從近期目標、中期目標和長期目標都做了非常詳細量化的指標。其實這里面大家可以關(guān)注幾個關(guān)鍵詞，近期目標到2020年，實現(xiàn)氫能與燃料動力鋰電池汽車技術(shù)跟蹤國際水平，到2025年實現(xiàn)技術(shù)同步國際水平，2030年是國際領(lǐng)先的水平。這里面我們做調(diào)研的時候就明確的感覺到，國內(nèi)現(xiàn)在的技術(shù)發(fā)展的現(xiàn)狀和國際，特別是和日本的技術(shù)差距。有關(guān)近期目標還有非常詳細的解讀，包括從電堆、系統(tǒng)的控制以及關(guān)鍵零部件的控制，以及關(guān)鍵零部件的認證檢測和整車開發(fā)的技術(shù)，聚集超過一百家燃料動力鋰電池相關(guān)的公司，培育國際有影響力的氫能和燃料動力鋰電池研發(fā)中心和檢測中心，還有年產(chǎn)值150億的發(fā)展目標。
上海市的相關(guān)燃料動力鋰電池公司（見PPT）。
上海市的加氫站的選址，從左邊的圖可以看到，是屬于郊環(huán)，整個市區(qū)內(nèi)會少一點。重要是基于上海的氫源的基地。這是二月六日公布的，左邊的圖是我們所在的園區(qū)，45畝，規(guī)劃一座加氫站。燃料汽車的發(fā)展模式，我們倡議以共享班車等為主，還有分時租賃的車。物流車，現(xiàn)在上海實際運營的物流車大概有500多輛，重要是給京東以及中通等等物流公司，以及倉儲類的車輛作為運營。燃料動力鋰電池汽車的發(fā)展面對很多挑戰(zhàn)，包括加氫站的選址、牌照的發(fā)放，上面受到很多的制約，公司的積極性非常高，國家的層面或者地方政府層面，具體的執(zhí)行會發(fā)現(xiàn)這是新興產(chǎn)業(yè)，很多政策并不完全配套。技術(shù)體系還有很多零部件，依賴于產(chǎn)業(yè)化上升去降成本。典型的應(yīng)用的牽引，車型都有，缺乏大規(guī)模的運營，去年整個的燃料動力鋰電池的銷量，國內(nèi)大概是一千多輛車，全國加起來的數(shù)量。氫燃料動力鋰電池的發(fā)展要政府主導(dǎo)規(guī)劃，明確燃料動力鋰電池汽車發(fā)展的規(guī)劃和方向，同時打造燃料動力鋰電池汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展中核心的技術(shù)鏈、產(chǎn)業(yè)鏈和價值鏈。實現(xiàn)關(guān)鍵零部件、關(guān)鍵技術(shù)的突破。
我的演講到此結(jié)束。謝謝！
（本文根據(jù)現(xiàn)場錄音整理，未經(jīng)本人審核）
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