鉅大LARGE | 點(diǎn)擊量:632次 | 2022年12月22日
深度分析:我國氫燃料動(dòng)力電池汽車發(fā)展落后國外5~10年
《我國制造2025》提出節(jié)能和新能源汽車作為重點(diǎn)發(fā)展領(lǐng)域,明確了繼續(xù)支持電動(dòng)汽車、燃料動(dòng)力電池汽車發(fā)展,掌握汽車低碳化、信息化、智能化核心技術(shù),推動(dòng)自主品牌節(jié)能和新能源汽車和國際先進(jìn)水平接軌的發(fā)展戰(zhàn)略,為我國節(jié)能和新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展指明了方向。其中對(duì)燃料動(dòng)力電池汽車做出了以下的規(guī)劃內(nèi)容。
1、關(guān)鍵材料、零部件逐步國產(chǎn)化。到2020年,實(shí)現(xiàn)燃料動(dòng)力電池關(guān)鍵材料批量化生產(chǎn)的質(zhì)量控制和保證能力;到2025年,實(shí)現(xiàn)高品質(zhì)關(guān)鍵材料、零部件實(shí)現(xiàn)國產(chǎn)化和批量供應(yīng)。
2、燃料動(dòng)力電池堆和整車性能逐步提升。到2020年,燃料動(dòng)力電池堆壽命達(dá)到5000小時(shí),功率密度超過2.5千瓦/升,整車耐久性到達(dá)15萬公里,續(xù)駛里程500公里,加氫時(shí)間3分鐘,冷啟動(dòng)溫度低于-30℃;到2025年,燃料動(dòng)力電池堆系統(tǒng)可靠性和經(jīng)濟(jì)性大幅提高,和傳統(tǒng)汽車、電動(dòng)汽車相比具有一定的市場競爭力,實(shí)現(xiàn)批量生產(chǎn)和市場化推廣。
3、燃料動(dòng)力電池汽車運(yùn)行規(guī)模進(jìn)一步擴(kuò)大。到2020年,生產(chǎn)1000輛燃料動(dòng)力電池汽車并進(jìn)行示范運(yùn)行;到2025年,制氫、加氫等配套基礎(chǔ)設(shè)施基本完善,燃料動(dòng)力電池汽車實(shí)現(xiàn)區(qū)域小規(guī)模運(yùn)行。
電動(dòng)汽車毫無疑問是今年新能源汽車的上升的中堅(jiān)力量,同樣是國家政策的寵兒,燃料動(dòng)力電池車卻顯得默默無聞。
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%
氫燃料動(dòng)力電池的發(fā)展被國際公認(rèn)為終極的新能源汽車,完全零污染、零排放。電動(dòng)汽車如此火熱必然會(huì)對(duì)燃料動(dòng)力電池車的發(fā)展出現(xiàn)一定的影響。所以,業(yè)界關(guān)于《我國制造2025》有關(guān)燃料動(dòng)力電池汽車的規(guī)劃是否能完成持有懷疑態(tài)度。通過比較國外的氫燃料動(dòng)力電池汽車的發(fā)展情況,可以了解我們和之存在的差異。
同濟(jì)大學(xué)新能源汽車工程中心張存滿教授表示,我國比較重視氫燃料動(dòng)力電池汽車的發(fā)展,前幾年我們的研究進(jìn)展比較明顯,最近幾年有些停滯。張存滿教授認(rèn)為,我國氫燃料汽車技術(shù)落后國外發(fā)達(dá)國家510年,差距保持在5年左右我們還有機(jī)會(huì)追趕,若超過10年,我們追趕起來就會(huì)非常吃力了。
氫燃料動(dòng)力電池汽車發(fā)展階段分析
1、國外
張存滿教授介紹說,氫燃料動(dòng)力電池汽車的發(fā)展經(jīng)歷幾個(gè)時(shí)間段。
標(biāo)稱電壓:28.8V
標(biāo)稱容量:34.3Ah
電池尺寸:(92.75±0.5)* (211±0.3)* (281±0.3)mm
應(yīng)用領(lǐng)域:勘探測繪、無人設(shè)備
通用在1966年開始研發(fā)氫燃料動(dòng)力電池汽車,本田開始于1992年,豐田起步于1996年,掀開開始于1998年。
20022008年,尚屬于實(shí)驗(yàn)研究階段,沒有正式的運(yùn)營使用;20082015年,屬于產(chǎn)品和社會(huì)結(jié)合的階段,開始投入使用。在2008年,本田生產(chǎn)FCXClarity首款氫能源汽車用于租賃業(yè)務(wù),到2014年豐田Mirai燃料動(dòng)力電池車。韓國在2013年批量生產(chǎn)現(xiàn)代TucsonFCEV燃料動(dòng)力電池車。
20152020年,氫能源汽車進(jìn)入普及階段。張存滿教授表示,2015年是氫燃料動(dòng)力電池汽車的元年。根據(jù)計(jì)劃,2016年本田正式銷售新一代的Clarity氫燃料動(dòng)力電池汽車,戴姆勒2017年也將正式銷售旗下的氫能源汽車。據(jù)介紹,戴姆勒本來預(yù)計(jì)在20142015年就推出氫燃料動(dòng)力電池汽車,但是為了進(jìn)一步降低成本,去年開始和日產(chǎn)、福特合作開發(fā)氫燃料系統(tǒng)。
20202025年,普及擴(kuò)大階段,氫能源汽車快速發(fā)展,到2025便開始商業(yè)化。
2、國內(nèi)
我國在2001年開始進(jìn)行氫燃料動(dòng)力電池汽車的研發(fā)工作,起步相對(duì)國外較晚。
20012008年,屬于技術(shù)研發(fā)階段,還沒有具備生產(chǎn)氫能源汽車的能力。直到2008年北京奧運(yùn)會(huì)推出的氫燃料動(dòng)力電池示范車,才引起關(guān)注。
20082020年,技術(shù)和社會(huì)結(jié)合階段,在2010年,氫燃料動(dòng)力電池汽車再次以示范車的身份出現(xiàn)在上海世博會(huì)上。2014年,上汽啟動(dòng)的創(chuàng)新征程2014年新能源汽車萬里行活動(dòng)中,榮威750燃料動(dòng)力電池車以其動(dòng)力強(qiáng)勁且操控性能穩(wěn)定的特點(diǎn),成為國內(nèi)氫燃料動(dòng)力電池汽車技術(shù)的代表。
20202025年,從2020年開始,預(yù)計(jì)國內(nèi)氫燃料動(dòng)力電池汽車開始普及,到2025年是普及擴(kuò)大化階段。很多公司也開始著手布局氫能源汽車項(xiàng)目,為新能源終極目標(biāo)做準(zhǔn)備。
2030年商業(yè)化階段開始。
張存滿教授表示,我國從2001年我國才開始重視氫燃料動(dòng)力電池的研發(fā)工作,從起步階段進(jìn)入到商業(yè)化階段,整體來看,我國氫能源汽車技術(shù)要落后國外510年的時(shí)間。目前,我國以蓄電池電動(dòng)汽車為重要的發(fā)展方向,大量的物力、人力、財(cái)力投入,至于氫能源的發(fā)展?fàn)顩r并不樂觀。并且國家政策沒有主導(dǎo)用途,所以氫能源汽車的發(fā)展會(huì)有一定的滯后。
我國車企的發(fā)展方向政府的影響很大,自主研發(fā)的自由靈活、引領(lǐng)用途不明顯。張存滿教授指出,和國外相比,無論日本、韓國等亞洲國家,還是美國、德國等歐美國家的汽車公司的自主研發(fā)占主導(dǎo)用途,具有前瞻性,市場自由靈活度高。未來國內(nèi)外氫燃料汽車發(fā)展的差距縮小可能性不大,令人擔(dān)心的還是差距的拉大,重要還是看國內(nèi)自主品牌是否持續(xù)投入發(fā)力。
國內(nèi)外氫燃料動(dòng)力電池汽車現(xiàn)狀比較
汽車工業(yè)的差距,技術(shù)的積累是其中的一個(gè)重要因素。從傳統(tǒng)汽車的發(fā)展史來看,我國的技術(shù)積累時(shí)間相對(duì)短,落后于那些擁有百年歷史的汽車強(qiáng)國。
通過以下幾個(gè)方面的比較分析,可以看出當(dāng)前我國氫燃料動(dòng)力電池汽車技術(shù)和國外存在的差距。
1、成本。國外已經(jīng)把氫燃料動(dòng)力電池汽車的成本控制在3040萬元人民幣,和起步階段相比,成本已經(jīng)減少一半左右。未來還會(huì)有新的突破。
2、續(xù)航里程。已經(jīng)能夠達(dá)到500700公里,和電動(dòng)汽車相比,不再有續(xù)航焦慮。
3、加注時(shí)間。氫燃料加注時(shí)間能夠控制在35分鐘。續(xù)航里程和加注時(shí)間已經(jīng)完全能夠和傳統(tǒng)燃油車相媲美,但是環(huán)保效益更明顯。
4、抗低溫和高溫性能出色??梢栽?35℃~45℃的溫度區(qū)間運(yùn)行,抗低溫和高溫性能出色。這點(diǎn)和電動(dòng)汽車相比優(yōu)勢更突出,溫度過高或過低都影響電動(dòng)汽車的運(yùn)行。
5、壽命能夠達(dá)到10年,或20萬公里。
由上可知,國外氫燃料動(dòng)力電池汽車的續(xù)航里程已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了500700公里,水平已經(jīng)超過《我國制造2025》中實(shí)現(xiàn)500公里的目標(biāo)要求。國外的氫燃料動(dòng)力電池汽車現(xiàn)階段的發(fā)展水平是我國2025年要實(shí)現(xiàn)的發(fā)展目標(biāo)。我國要在氫燃料動(dòng)力電池汽車的研發(fā)方面加把勁了。
當(dāng)前我國氫燃料動(dòng)力電池汽車存在的瓶頸,以及未來的發(fā)展目標(biāo)
我國氫燃料動(dòng)力電池汽車目前在下列幾個(gè)方面還存在著亟需解決的難題:
1、燃料動(dòng)力電池堆技術(shù):可靠性差,功能密度低,成本高;
2、高壓儲(chǔ)氫系統(tǒng):高壓儲(chǔ)氫瓶以及閥減壓的制造;
3、電池組件:質(zhì)子膜、碳紙、催化劑以及雙極板產(chǎn)業(yè)鏈的不完善;
4、電池輔助系統(tǒng)部件:風(fēng)、氫氣循環(huán)泵的缺失;
5、發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)集成和控制:穩(wěn)定可靠性;
6、組建系統(tǒng):投入不足。
燃料動(dòng)力電池汽車是指利用氫氣和空氣中的氧在催化劑用途下,在燃料動(dòng)力電池中電化學(xué)反應(yīng)出現(xiàn)的電能作為重要?jiǎng)恿υ吹钠嚒?/p>
正如張存滿教授所言,目前我國在氫燃料動(dòng)力電池汽車的發(fā)展方面和國外還存在著明顯的差距。為了縮短這種差距,《我國制造2025》確定了氫燃料動(dòng)力電池汽車技術(shù)的發(fā)展目標(biāo)和方向。
1、燃料動(dòng)力電池催化劑、質(zhì)子交換膜、碳紙、膜電極組件、雙極板等關(guān)鍵材料批量生產(chǎn)量力建設(shè)和質(zhì)量控制技術(shù)研究。開展高功率密度電堆用的低Pt催化劑、復(fù)合膜、擴(kuò)散層(碳紙、碳布)、高性能及耐受性質(zhì)子交換膜材料、高可靠性及低鉑擔(dān)量的膜電極(MEA)、高性能及高可靠性的金屬雙極板的開發(fā)和質(zhì)量控制技術(shù)的研究,形成批量生產(chǎn)量力。
2、燃料動(dòng)力電池堆系統(tǒng)可靠性提升和工程化水平的研究。提高催化劑及其載體的抗氧化能力,質(zhì)子膜的機(jī)械和化學(xué)穩(wěn)定性;改進(jìn)燃料動(dòng)力電池材料制備工藝和質(zhì)量控制,提高電堆設(shè)計(jì)水平;驗(yàn)證電堆運(yùn)行壽命,解決車輛運(yùn)行條件下的電堆均一性問題;結(jié)合車輛動(dòng)態(tài)運(yùn)行特點(diǎn),對(duì)系統(tǒng)級(jí)運(yùn)行和操作條件做匹配優(yōu)化;實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)級(jí)壽命驗(yàn)證和參數(shù)表征,提高產(chǎn)品級(jí)壽命;提高系統(tǒng)零部件的可靠性,開展系統(tǒng)可靠性分析和設(shè)計(jì)改進(jìn)。
3、汽車、備用電源、深海潛器等燃料動(dòng)力電池通用化技術(shù)研究。開展燃料動(dòng)力電池通用化技術(shù)研究,2020年,實(shí)現(xiàn)關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān),研發(fā)出新一代的金屬雙極板電堆,2025年,完成商業(yè)化產(chǎn)品全產(chǎn)業(yè)鏈的建設(shè)。
4、燃料動(dòng)力電池汽車整車可靠性提升和成本控制技術(shù)。開展燃料動(dòng)力電池發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)集成和優(yōu)化,實(shí)現(xiàn)燃料動(dòng)力電池整車可靠性提高;推動(dòng)燃料動(dòng)力電池關(guān)鍵材料(膜、炭紙、催化劑、MEA、雙極板等)及系統(tǒng)關(guān)鍵部件(空壓機(jī)、膜增濕器、電磁閥、車載70MPa氫瓶等)國產(chǎn)化,開發(fā)超低鉑,非鉑催化劑,降低材料成本,促進(jìn)燃料動(dòng)力電池系統(tǒng)產(chǎn)品化和工程化,實(shí)現(xiàn)燃料動(dòng)力電池系統(tǒng)設(shè)計(jì)模塊化,并改進(jìn)生產(chǎn)制造工藝。