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李飞强:成本和寿命是燃料电池汽车发展的关键挑战 莱德商厦

时间:2017-11-21 11:24 来源:未知

李飞强:成本和寿命是燃料电池汽车发展的关键挑战 莱德商厦



  2017年11月16—17日,“2017’第二届动力电池应用国际峰会暨第三届中国电池行业智能制造研讨会”在北京举办。本届峰会由中国化学与物理电源行业协会等主办,天津力神电池股份有限公司联合主办;中国化学与物理电源行业协会动力电池应用分会承办,无锡先导智能装备股份有限公司联合承办。参加此次峰会人数超600人。
国家电动客车电控与安全工程技术研究中心副主任李飞强
  燃料电池汽车市场分论坛于17日上午举办,该论坛以“现状与未来:纵论车用燃料电池”为主题,由同济大学汽车学院副教授马天才主持。国家电动客车电控与安全工程技术研究中心副主任、郑州宇通客车股份有限公司博士高级工程师李飞强,介绍了宇通客车的燃料电池发展现状及未来规划。演讲实录如下:
  很高兴跟大家分享宇通在燃料电池客车方面的研发工作。我的汇报主要是四个方面:
  第一,氢燃料电池车发展现状。
  首先分享一下汽车动力系统的发展趋势。从化石燃料到氢气是新能源汽车脱碳加氢的过程,具体就是从燃油车到燃料电池车的过程,对于商用车,一开始我们用的主要是柴油动力的汽车,这里面百分之百的功率来自于柴油。我们一开始增加了一部分电池,或者增加了一部分超级电容,成为弱混的车。我们2009年最早研发的混合动力车,主要为弱混的、用超级电容的混合动力车,这样的车节油率也达到了30%以上,给用户节省了燃油,也提供很多便利优势,从原来手动挡升级为自动档的车。
  后来,通过增加更多的电池变成中混的车,到后来变成深混的,包括插电式混合动力、增程式的混合动力的系统,现在我们推广最多的就是纯电动客车。从2015年到现在看到的趋势是,出现增程式的燃料电池车,就是在纯电动基础上减少一部分动力电池,增加少部分的燃料电池。前期大家看到的比较多的,用30千瓦的燃料电池,30千瓦燃料电池系统的来源是,其实这里边是经过匹配验证过的,因为30千瓦基本上一天运行下来,按照最大功率发电,公交车一天的行驶时间一般在10小时~12小时,如果30千瓦发10个小时就是300多度电,是可以满足公交客车一天的能量需求的。我们现在正在开发的是60千瓦的燃料电池系统,就是能量型的,可以进一步优化燃料电池的工作点,提高燃料电池的效率,并且延长燃料电池的寿命。再往后就是用功率型的,这次十三五的项目里边,有80千瓦以上的燃料电池系统的要求,这样整车的功率大部分来源于燃料电池,动力电池主要用做制动能量回收以及启动阶段功率的来源,所以整体汽车动力系统的发展趋势应该是这样一个发展过程。
  在国外乘用车领域,丰田、本田、现代已经推出量产车,不多介绍了。商用车领域,丰田也推出了燃料电池客车,奔驰也推出了Citaro燃料电池客车,同时,AC Transit在美国加州示范运行时间已非常长,最长已超过2.5万小时的寿命。国内我们开发了第三代燃料电池客车,在郑州我们也进行了实际道路的测试,上汽大通FCV80很快也要推向市场。
  叉车、有轨电车等领域也进行了燃料电池车的商业化,特别是美国的普拉格推广的燃料电池叉车,实现了商业化运行,他们是在国际燃料电池领域实现盈利的企业。
  燃料电池发展的现状和挑战重点有几个方面:一个是成本,一个是寿命,一个是低温启动。成本和寿命应该是现在最关键的两个方面,成本的降低,按照供应商阶梯报价得到的结果。随着燃料电池客车的发展,批量推广数量的增加,燃料电池的成本会大幅度降低。同时寿命方面,要满足整车寿命的需求,到2020年应该满足8年的寿命需要,这样燃料电池的寿命要达到2.8万小时。现在欧洲对于客车的寿命要求是质保15年,换算完基本上燃料电池寿命达到5万小时,这个寿命要求看似非常高,燃料电池系统电堆领域的企业感觉难以实现,但是去年在北京丰田提出来在商用车领域2025年他们的寿命也是5万小时的寿命,这也不是遥不可及的目标。我们通过客车领域动力系统的优化,电堆的材料、系统关键零部件的开发,我们有希望能达到这个要求。其实,只有燃料电池的寿命达到这个要求,才能实现燃料电池在商用车领域产业化的推广。
  低温启动。通过最近几年的发展,这个挑战基本可以解决,在国外丰田已经实现零下37度的低温启动,上次在如皋的会议衣宝廉院士也提到新源动力和亿华通也可以实现零下30度低温启动,现在零下20度国内已有解决方案,更低温度也可以逐步解决。
  第二部分,宇通燃料电池客车发展的历程。首先介绍一下宇通客车,宇通客车在1997年上市,实现了快速发展,复合增长率达到26%。2016客车销售7万多辆,国际上销量最大。我们通过自主车身技术到自主底盘技术到自主动力系统,完全自主掌握了新能源客车关键技术。
  宇通在新能源方面,1999年开发了第一款纯电动客车,2015年开发了第一款混合动力客车,2014年建设了国家电动客车电控与安全工程技术研究中心,一个国家级的研发平台。2015年我们的节能与新能源客车推广项目获得了国家科技进步二等奖,这也是当年唯一获奖的整车企业。到2017年9月,我们在全国290多个城市累计推广节能与新能源汽车已经达到6万7千多辆,2016年我们推广了2万6千多辆的新能源客车,国内市场占有率第一。
  这是我们燃料电池方面的研发历程,我们最早在2009年开发了第一代的燃料电池客车;到2012年我们组建了专职的燃料电池研发团队,自主研发了电电混合动力系统;2014年通过了国内首个燃料电池客车资质认证;2015年我们取得了国内首款燃料电池客车的公告;2016年成功开发了第三代燃料电池客车;2017年我们也获得了氢系统的安装资质。
  第三方面,汇报一下我们在燃料电池客车方面发展的规划。首先是在燃料电池上面这几个关键系统和部件的布局。第一个,燃料电池系统。相对于纯电动的客车动力系统,我们在纯电动动力系统平台上增加了一个是燃料电池系统。另外一个核心的就是电堆,还有车载氢系统,这里边我们重点还要建立燃料电池的测试和验证的评价体系。
  在燃料电池整车方面我们也进行了规划。从燃料电池系统的功率逐步的增加,到最终要实现全功率型的燃料电池客车。同时,在成本方面也要逐步降低,到2030年要降低到300元/千瓦,按照这个成本核算,燃料电池发动机跟现在柴油机的成本相当。
  我们重点做的是动力系统的匹配,要选用国际上最先进的燃料电池系统,匹配相应动力电池构成燃料电池的动力系统。在整车方面,我们重点要做的是安全技术,整车的氢电结构耦合安全,要匹配相应的氢气的浓度传感器、氢气压力的传感器,来解决整车安全性的问题。
  另外一个就是燃料电池系统开发。我们也做了相应的规划,要跟我们的合作伙伴、供应商一起来开发燃料电池系统,提高燃料电池系统的寿命,同时要提高质量比功率、降低成本,提高低温启动的性能。
  这里边包括开发高集中度、长寿命的燃料电池系统,来实现我们的目标。在燃料电池电堆方面,也有相关的规划,包括在寿命上、质量比功率以及低温启动的性能上。
  第三个,车载氢系统。刚才韩总也讲到车载氢系统要一步一步提高储氢密度、降低成本。其实现在最重要的就是降低成本,它的成本可能跟燃料电池的成本相当。这一两年还是有很快的下降,特别是燃料电池氢系统的氢瓶已经完全可以实现国产化,但是氢阀还是需要依赖进口,所以我们希望像韩总这样的企业能够突破氢阀的制造,能够在国内实现氢阀的自主生产,我们就可以大幅度的降低车载氢系统的成本。
  车载氢系统方面主要做的就是氢系统的集成,同时,氢阀类的要建立测试评价能力,提高整个车载氢系统的氢安全性。
  这是氢安全方面重点做的,包括安全控制策略的安全研究、氢泄漏安全研究、碰撞防护安全研究,以及快速加氢技术,续驶里程要超过纯电动客车的续驶里程。
  这是我们在规划的新工程中心的燃料电池实验室的建设,这个大楼就是我们专门给燃料电池建立的一个大楼。实验室的面积超过了1万平方的面积,涉及燃料电池系统、电堆、零部件、材料的测试开发。有103间实验室,完全可以支撑我们未来在燃料电池方面的测试评价。这是现在已经建成的100千瓦级的系统的燃料电池测试平台。
  第四部分,整车测试和示范运行。加氢站基础设施方面,我们也建了中原地区首座加氢站,有35兆帕的加注能力,未来我们也会扩建加氢站,满足示范项目的要求。
  我们也对整车进行了测试,基于加氢站进行了8米车和12米车的测试。测试的结果,运行基本上超过了3.5万公里的运行里程。12米车的氢耗在7.5公斤/百公里以下,运行期间系统的故障率还是比较低的,电堆的寿命也接近1千小时,超过900小时的寿命,在磨合期以后整个电堆的寿命比较稳定。
  整车的示范。结合第三期的联合国项目,促进中国燃料电池汽车商业化示范运行的项目,这个招投标已经完成了,这几天正在签合同。我们计划在郑州进行三辆车以上的示范运行,2018年、2019年应该达到百辆级示范运行的量,在郑州进行燃料电池汽车的示范运行。
  这是氢能的规划。其实氢能最重要的就是氢气的来源,我们也调研了郑州周边的氢气来源,基本上有7.6亿立方的富产氢,氢气可以满足接近于5千辆的12米公交车的示范运行,所以郑州周边的氢气量是完全可以满足燃料电池车示范运行量的,并且成本我们也都调研过,如果超过100辆的燃料电池车的示范运行,氢气的成本是可以降低到每方基本上在两三块钱一标方,跟现在柴油车的运行成本比较接近。
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