按照國(guó)家的規(guī)劃，一次持續(xù)里程200公里以上的純電動(dòng)汽車到了2020年開始普及應(yīng)用。這個(gè)成績(jī)來得不易，在這里面尤其有公交客車研發(fā)工程技術(shù)人員前期付出和貢獻(xiàn)。接下來是，要進(jìn)行燃料電池公交車開發(fā)了。燃料電池公交客車從2008年奧運(yùn)開始導(dǎo)入，已經(jīng)快10年了，接下來是進(jìn)入示范期了。按照國(guó)家的規(guī)劃，到2030年500公里以上燃料電池汽車也會(huì)普及應(yīng)用。

在總結(jié)我國(guó)新能源汽車推進(jìn)歷史與經(jīng)驗(yàn)以后，筆者認(rèn)為，對(duì)產(chǎn)品研發(fā)技術(shù)路線研究十分重要。企業(yè)的新產(chǎn)品開發(fā)工作一定要在技術(shù)路線研究成果基礎(chǔ)上推進(jìn)，否則會(huì)多走許多彎路。筆者的觀點(diǎn)是。接下來的我國(guó)燃料電池汽車產(chǎn)品開發(fā)工作，同樣要從公交客車口切入，燃料電池公交車要從燃料電池增程式公交客車開發(fā)起步。具體理由闡述如下，供同行參考。

一、為什么要開發(fā)燃料電池汽車

中國(guó)要成為汽車強(qiáng)國(guó)，必由之路是要發(fā)展新能源汽車。但是目前純電動(dòng)汽車，要成為國(guó)民汽車，實(shí)現(xiàn)普及開來的目標(biāo)，必須要在兩個(gè)方面超過傳統(tǒng)的燃油車，一是要在全生命周期內(nèi)與燃油車的成本在一個(gè)水平上；二是使用方便性要更有優(yōu)勢(shì)。純電動(dòng)汽車降下來，沒有技術(shù)上的困難，但是要使用方便性要更有優(yōu)勢(shì)，困難還是相當(dāng)大的，主要是在可以預(yù)測(cè)的時(shí)間內(nèi)，目前動(dòng)力電池在理論上，其比能量與燃油比能量相比，要差33倍多。即使動(dòng)力進(jìn)步很快，能即使動(dòng)力電池汽車能實(shí)現(xiàn)一次持續(xù)500公里，還是與傳統(tǒng)汽車有距離較大。

發(fā)展燃料電池汽車直接的目標(biāo)是要使新能源汽車一次持續(xù)里程要超過800公里。中國(guó)要成為成為汽車強(qiáng)國(guó)，在燃料電池汽車研究必須跟上，否則不可能成為強(qiáng)國(guó)。中國(guó)目前已經(jīng)新能源汽車產(chǎn)銷大國(guó)，但是不是新能源強(qiáng)國(guó)。中國(guó)在燃料電池汽車研究和產(chǎn)品開發(fā)，不僅不能調(diào)隊(duì)，同時(shí)必須超越。

一句話，中國(guó)在燃料電池汽車的研究與研發(fā)上，與國(guó)外汽車強(qiáng)國(guó)相比，不能輸，也輸不起。

二、發(fā)展燃料電池汽車常識(shí)知識(shí)的準(zhǔn)備

(1)燃料電池與有鋰離子電池慨念在概念上本質(zhì)的區(qū)別

目前鋰離子電池的輸入端是充電口，與市電對(duì)接；其輸出端放出的也是電，對(duì)接的負(fù)載。通俗的理解，這個(gè)“池”進(jìn)來的是電，流出的也是電。電池與油箱在工作原理是基本相同的，不同是這個(gè)“箱”進(jìn)來的油，流出的也是油。一字之差，“油”變成“電”。

而燃料電池的“池”子進(jìn)去的“氫氣”和“氧氣”，流出的卻是電和水。燃料電池工作原理如下：

圖1 燃料電池工作原理

從常識(shí)上，，大家對(duì)油箱的功能好理解，把油灌到油箱里，再把油抽出來即可，但是電是如何充到電池里去的，電又是如何放出的？燃料電池進(jìn)去的是氫氣+氧氣，它是如何變成電和水的？下面通俗解釋一下：

技術(shù)難度：會(huì)做油箱的，可以肯定，他做不出鋰離子電池；做鋰離子電池的，也可以肯定，他做不出燃料電池；

技術(shù)對(duì)接：做燃料電池的，離不開做鋰離子電池技術(shù)的支撐，做鋰離子電池的，也不開做油箱技術(shù)的支撐。

(2)在存儲(chǔ)上，氫氣與天然氣一樣安全。

目前天然氣的在存儲(chǔ)和運(yùn)輸上已經(jīng)能很安全了。同理，氫氣存儲(chǔ)上一樣可以做到很安全。儲(chǔ)氫罐一般由高強(qiáng)度復(fù)合材料制成，比鋼強(qiáng)得多倍，經(jīng)過嚴(yán)格的測(cè)試(包括碰撞測(cè)試和炮火射擊)和性能要求，可以確保高質(zhì)量的性能，留有足夠的安全系數(shù)。加氫站具有多層的保護(hù)系統(tǒng)，所以幾乎不可能使車輛燃料系統(tǒng)過壓。

圖2 碳纖維的氫氣瓶外形及內(nèi)部結(jié)構(gòu)

(3)在加注上，氫氣與天然氣(汽油)一樣便捷

日本本田燃料電池汽車在加氫，見圖2.

圖3 日本本田燃料電池汽車在加氫

(4)燃料電池輸出的水汽，而不是液體的水

燃料電池汽車產(chǎn)生的水汽，與今天然氣動(dòng)力汽車大致相同。有報(bào)道說，如果車從華盛頓特區(qū)開車到紐約市，燃料電池汽車的排放水量大約為9加侖，而加油車則為7加侖。隨著兩種車效率的不斷提高，每英里的水量將會(huì)不斷下降。見圖3。

圖4 日本豐燃料電池汽車出水的演示

(5)中國(guó)工業(yè)副氫產(chǎn)量十分豐富，工廠化提純技術(shù)十分成熟

氫是當(dāng)今標(biāo)準(zhǔn)的工業(yè)化學(xué)品。據(jù)報(bào)道，在中國(guó)上海地區(qū)每一年有供30萬輛工業(yè)副氫，在武漢地區(qū)也也是同樣的。目前中國(guó)這些工業(yè)副氫氣，基本上浪費(fèi)掉了，再是有天然氣可以加工成氫氣，還有風(fēng)電可以來生產(chǎn)氫氣。在美國(guó)，每年生產(chǎn)大約1000萬噸氫氣，其中大部分用于石油回收和精煉以及氨生產(chǎn)。

三、車載燃料電池的核心部件及系統(tǒng)零部件介紹大

(1)核心部件：電堆

圖5 核心部件：電堆

(2)關(guān)鍵系統(tǒng)零部件

a)空壓機(jī)總成

圖6 空壓機(jī)總成

b)氫氣循環(huán)總成

圖7 空壓機(jī)總成

c)加速器總成

圖8 加速器總成

上面提到的核心部件及系統(tǒng)零部件，中國(guó)的一些科研單位和企業(yè)都已經(jīng)在研發(fā)和開發(fā)，國(guó)家層面也在組織攻關(guān)，主要表現(xiàn)為中國(guó)目前的產(chǎn)品與國(guó)外品牌產(chǎn)品相比，有指標(biāo)上還有一定差距。這些總成件性能要求要到達(dá)汽車級(jí)的要求，要進(jìn)行長(zhǎng)期攻關(guān)和積累，產(chǎn)品質(zhì)量的可靠性和穩(wěn)定性，有待整車企業(yè)進(jìn)行裝車實(shí)驗(yàn)后的的多年的驗(yàn)證。大功率的車載燃料電池成本很高，沒有大規(guī)模的量產(chǎn)，其成本也下不來。功率越大的燃料電池技術(shù)難度更大。比如我國(guó)在無人機(jī)上使用的小功率的燃料電池就基本上與國(guó)外處于同一個(gè)水平上了。

四、燃料電池增程式公交客車開發(fā)研究

小功率的燃料電池難以滿足汽車的要求?？陀^地講，目前不宜開發(fā)燃料電池與動(dòng)力電池混合動(dòng)力客車，更不宜開發(fā)大功率燃料電池來直接驅(qū)動(dòng)大客車。主要理由如下：

(1)國(guó)家層面燃料電池技術(shù)路線圖

解讀：國(guó)家規(guī)劃到2020年的燃料電池汽車的發(fā)展規(guī)模是5000輛；比功率是2kW，耐久性是5000小時(shí)，說明燃料電池是比功率電池，不是比能量電池。而汽車要的比能量電池。這里提示，燃料電池用于汽車基本的途徑是“電電”混合模式即燃料電池與動(dòng)力電池進(jìn)行混合。

筆者的觀點(diǎn)，目前(到2020年以前)，站在燃料大型電池公交車產(chǎn)品開發(fā)的角度進(jìn)行思考，第一步是借用當(dāng)下燃料電池做為增程器，比較穩(wěn)妥，一步一步來推進(jìn)。

(2)2017年燃料電池客車的國(guó)家補(bǔ)貼政策

燃料電池系統(tǒng)的額定功率不低于驅(qū)動(dòng)電機(jī)額定功率的30%，且不小于30kW。燃料電池汽車純電續(xù)駛里程不低于300公里。

解讀：8米是中型客車、10米是大型客車，但是國(guó)家補(bǔ)貼都是50萬，廠家一定是開發(fā)8米級(jí)的燃料電池客車，加上地補(bǔ)25萬，即8米燃料電池客車政府補(bǔ)貼是75萬。

(3)中國(guó)主流客車企業(yè)已經(jīng)有公交車產(chǎn)品批量上市

2017-02-17，中國(guó)客車網(wǎng)報(bào)道，國(guó)內(nèi)首臺(tái)9米級(jí)LCK6900FCEVG燃料電池車型，其電堆凈輸出功率超過32KW，使用壽命超過一萬小時(shí)，標(biāo)準(zhǔn)工況運(yùn)行續(xù)駛里程可達(dá)400公里；2017-04-07科技日?qǐng)?bào)報(bào)道，福田氫燃料電池車60輛8米氫燃料電池客車將以團(tuán)體班車的形式5月份在北京上路。該車可搭載60人，設(shè)座位28個(gè)，最高車速每小時(shí)69公里。

解讀：2016年客車廠開發(fā)燃料客車定位于10米、12米公交車，2017年開始轉(zhuǎn)向8、9米級(jí)開發(fā)。筆者的觀點(diǎn)，2020年以前，客車主要定位在公交車，車型長(zhǎng)度8米、9米級(jí)別。

五、燃料電池增程式公交客車原理圖

要開發(fā)燃料電池增程式公交客車,必須要?jiǎng)恿υ砀闱宄妶D9。

圖9 燃料電池增程式公交客車動(dòng)力原理圖

從原理圖，可以看出，開發(fā)燃料電池增程式公交客車，是以純電動(dòng)公交車為基礎(chǔ)的。車載供氫氣系統(tǒng)與天然氣供氣系統(tǒng)也是基本相同的，難在燃料電池系統(tǒng)。

燃料電池系統(tǒng)原理圖如下：

圖10燃料電池系統(tǒng)原理圖

做為整車廠工程技術(shù)人員，理解其基本原理是必須的，但是沒有必要對(duì)燃料電池工程技術(shù)東西，進(jìn)行深入的掌握。筆者觀點(diǎn)，一是理解其結(jié)構(gòu)的知識(shí)；二是要掌握燃料電池對(duì)外接口的功能和技術(shù)參數(shù)；三是要掌握好燃料電池如何與動(dòng)力電池的接口技術(shù)。

六、發(fā)展燃料電池公交車對(duì)燃料電池的意義和作用

a)目前燃料電池技術(shù)指標(biāo)離公交車的實(shí)際要求，還是較遠(yuǎn)的。整車廠工程技術(shù)人員提出更高的要求。要提高燃料電池的技術(shù)指標(biāo)，要靠整車廠多用燃料電池裝車，這是一個(gè)過程。這個(gè)純電動(dòng)公交車的發(fā)展也證明了這個(gè)結(jié)論。

b)目前燃料電池目前的成本較高，整車開發(fā)的電池(動(dòng)力電池系統(tǒng)+燃料電池系統(tǒng))的成本必須在政府補(bǔ)貼范圍以內(nèi)，否則沒有可持續(xù)性。

c)發(fā)展燃料電池公交車與發(fā)展燃料電池的關(guān)系是一個(gè)彼此匹配關(guān)系，彼此匹配得好，這個(gè)產(chǎn)業(yè)就會(huì)發(fā)展得好。

d)我國(guó)節(jié)能與新能源公交車的發(fā)展已經(jīng)經(jīng)過了天然氣公交車、混合動(dòng)動(dòng)力、純電動(dòng)三個(gè)階段，積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)，對(duì)開發(fā)燃料電池公交車已經(jīng)打下了良好的基礎(chǔ)。

七、燃料電池技術(shù)處于培育期，其他制氫、存儲(chǔ)技術(shù)不要輕易上車

汽車工況十分復(fù)雜，燃料電池技術(shù)能不能滿足汽車的要求，有一個(gè)相當(dāng)長(zhǎng)的驗(yàn)證過程。筆者的觀點(diǎn)是，如車載甲醇制氫技術(shù)、常溫常壓氫氣存取等原始性創(chuàng)新技術(shù)當(dāng)下不宜上車。理由是：

a)目前制氫(提純)工藝線路較長(zhǎng)、要求嚴(yán)謹(jǐn)，將工廠化的技術(shù)人為搬到車上，過于理想化，車上制氫(提純)質(zhì)量，如何滿足能燃料電池的要求？

b)目前工廠化的制氫(提純)技術(shù)(工藝)是成熟的，在工廠里如何進(jìn)行壓縮好，再上路運(yùn)輸技術(shù)，也是工廠化系統(tǒng)工程。這樣一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)工程，如何簡(jiǎn)化到車上有一個(gè)總成件來完成？

技術(shù)是無止境的，但是技術(shù)難題必須要一個(gè)一個(gè)去克服，目前燃料電池技術(shù)處于培育期，如果過多的不成熟技術(shù)同時(shí)上車，對(duì)整車開發(fā)成功，是認(rèn)為在增加難度。

八、基本結(jié)論和建議

a)燃料電池公交車開發(fā)是一個(gè)創(chuàng)新，但不是一個(gè)原始技術(shù)創(chuàng)新。一定要制定一個(gè)合理目標(biāo)，不宜偏高，比如國(guó)家補(bǔ)貼指標(biāo)是一次里程是300公里，實(shí)際產(chǎn)品開發(fā)定在320公里就可以了；8米燃料公交車燃料電池功率原則上不要超過35kW/kg；

b)我國(guó)發(fā)展燃料電池汽車，技術(shù)路線已明確，補(bǔ)貼政策已經(jīng)確立，公交車率先開展燃料電池公交車的基礎(chǔ)已經(jīng)具備，整車廠家不宜再觀望了。

c)目前開發(fā)燃料電池公交車的環(huán)境比過去好得了。但是注意一點(diǎn)，要接受過去混合動(dòng)力公交車推廣的教訓(xùn)，一定要重視公交公司的要求，不能過激，每一步都要有穩(wěn)妥落到方案。

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