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章桐教授:我国燃料电池汽车技术在进步产业化挑战大

2020-02-11

 
      

同济大学新能源汽车工程中心主任章桐教授

盖世汽车·新能源常州报道,5月19日,由中国汽车技术研究中心主办的2016·第四届国际电动汽车及关键部件测评研讨会于江苏常州成功召开。盖世汽车全程跟踪报道。

以下为国家“千人计划”专家,同济大学新能源汽车工程中心主任章桐教授,发表题为《国内外燃料电池汽车技术发展现状及产业化》的演讲实录:

章桐:

汇报分四个方面,前面简单做一下介绍,重点是中国燃料电池发展的现状和以后产业化遇到的瓶颈问题。

这个图是关于新能源汽车,或者新型汽车动力系统的概况,可以看出,这里包括新型驱动技术,有新型的燃料电池技术,还有传统汽车里的一些先进的技术改造。所以说,目前国内重点是电动汽车这块,包括纯电动、插电式混合动力和燃料电池汽车,燃料电池汽车本身也是一个电动汽车,只是电从燃料来的。汽车以后的驱动趋势之所以是电动化,第一个原因是驱动的效率问题,总体来看,从驱动系统的效率来说,电动汽车或者说驱动电气化是一个发展的趋势。第二个从能量的回收角度来说,在某些工况下,整个制动功率或者能量,占整个驱动过程中80%以上,相当于一些工况下制动多于驱动,怎么把这块回收起来。电动汽车或者说驱动的电动化,有了蓄电池以后,便存在一个可能性,回收制动这部分的能量。所以,从这两个原因来说,一个驱动的效率,一个是制动能量的回收,驱动电气化是以后汽车动力系统发展的主要趋势。

另外,能源的多元化,我们想摆脱对化石能源的依赖。对于整个汽车工业来说,打造整个中国汽车工业的体系,对于整个驱动系统来说,我们不希望这种多元化的能源直接放到汽车上,所以从整个汽车工业来说,我们希望有一个理想的统一的能源载体,这个能源载体可以是电,也可以是氢气,各有所长。目前用电的好处为,电池技术相对来说比较成熟一些,电网的架构已经存在。但是目前电动汽车存在这两个问题,一个是电池的容量有限,充电时间很长。总的来说,电动汽车的蓄电池和燃料电池是互补的发展过程。

另外,从用户角度来说,从长途到郊区到城市内来说目前唯一能够跟传统汽车像比拟的汽车是燃料电池汽车。另外,电能和氢能可以互换互补,电和氢气都是二次能源。怎么样利用这样一个过程,在整个的能源架构里面,考虑到电和氢气在今后的能源供给的体系里面,各占有一定的比重,相互借鉴、相互补充,这是我们以后要共同思考的问题。至少在技术上给我们提供了这样一个路径。谈到我们今后是不是有这样一个氢能或者电能的未来社会,日本这方面做了很多,包括社区小区里面,通过燃料电池,热电联动,功能发电一体化,等等,我们把电能和氢气两个能源进行一些互补。

关于国内外新能源汽车发展现状,简单的几句话介绍一下。纯电动汽车在小型车辆和特种车辆以及高端车型开始突破。总的来说,国外纯电动汽车发展趋势也是很明确。插电式混合动力目前在国外已经是大规模的走向市场化,特别是所谓的弱混合,在国外的所有车型上都已经规模化匹配了。总的来说,目前的趋势,在国外,特别是今后插电式混合动力已经是整个汽车行业的主流。在各种车型上,特别是中高端车型上强混合的车型较多。从国家战略角度来说,欧美和日本对氢燃料汽车都有一个战略规划,从汽车行业来说,国外这两年主要的几个大汽车厂,在这方面都做了很多工作,另外形成了一个国际联盟,国际强强联手,形成一些大的联盟共同开发一些燃料汽车的相关技术。总的来说,总结国外燃料电池汽车发展的现状,一个是关键技术已经获得突破,技术关已经过了,今后的工作主要是减成本和配套设施的建设,所以产业化导入期已经正式启动。另外燃料电池的战略进一步明确,发展路径也更加的清晰,特别是在配套设施建设方面,欧盟,包括北美,包括日本,进一步提到议事日程,更新了发展计划。

从具体车型可以看到,丰田已经正式开始量产,本田也快出来了,包括戴姆勒、宝马,今后的车型都会出来,还有大巴,也在市场可以看得见的。另外从加氢站的建设,这个布点会进一步的加速。具体从丰田来看,丰田明确的画出新产品技术路线,丰田给自己下了一个指标,多少年以后,正式淘汰所谓的传统汽车,今后的动力系统全部是插电式混合动力,加上燃料电池。另外,从他的典型车型来说,目前也是我们的对标车型,他的总功率提高两倍以上,这是关键性的指标。

节能减排是我们国家发展新能源汽车最主要的动力,还有一个是推动工业的产业转型。这里面包括一些规划的引导,标准的指引,一些措施的推动。总的来说,从国家九五、十五以来,从研发来说,三纵三横,燃料电池一直是我们电动汽车的三大支柱之一,只是技术成熟度和基础建设的不同阶段,目前的重点是在纯电动汽车和插电式混合动力这块。燃料电池一直处于研发和示范的阶段。目前国内推广新能源汽车有这么几个方面的问题,焦点问题是技术不精,成本高,基础设施不完善。另外国内对推动新能源汽车的政策导向比较严重,特别是各个地方保护主义非常明显,包括各个地方的领导思路不同,发展战略不同,财力不同,支持力度不同。总体来说,我们取得可喜的成就是市场占有率从去年开始超过了1%,因为行业内有一个共同的说法,超过1%的话标志着新型产品进入市场的元年。所以从去年开始,整个新能源汽车,电动汽车,进入了产业化的阶段。但是目前中国新能源汽车面临着同样的风险,就是过去三十年在传统汽车上的现状,大而不强。总的来说,对我们来说我们要很好的思考这个问题,怎么样避免走到大而不强的阶段。

中国燃料电池汽车的现状,通过十几年,尤其是十五以来,三个五年计划集中精力研发,包括行业的介入,我们基本掌握了整车动力系统和关键零部件的核心技术。最新的进展,目前从整车厂来说,真正有所投入的是上汽集团,去年发布了荣威950燃料电池轿车。客车方面,清华大学和宇通也做了一系列样车的设计。

从技术来说,国外已经过了技术关,后面是成本和服务设施,国内仍然面临着一些技术的问题。

总的来说,中国燃料电池汽车产业化的挑战是什么,一个是成本,尤其是在中国的体制环境下,目前燃料电池发动机的整体成本过高。第二个,性能还是有区别,特别是功率密度和寿命这一块,环境适应性这块,丰田的工作温度已经可以达到零下35度,零下40度的时候,还可以正常工作,目前国内是零下20度的水平。基础建设这块,特别是欧盟、日本,对加氢站的建设,目前已经有几十座,将来还要建设上百座,而国内目前就两三个,而且用的不足。所以商业化条件下要想推广燃料电池汽车的话,加氢站的建设还要跟上,这牵涉到能源架构的调整。目前燃料电池汽车的关键零部件在国内都是空白,这是我们比较难的。从研发单位来说,我们做了一些工作,但是离产业化还是有一定的距离。

最后说说中国燃料电池汽车的产业化,从丰田的角度,燃料电池汽车可以基于电动汽车发展上已经获得的一些成功,因为燃料电池汽车本身就是一个电动汽车,这里面的电池电机电控基本系可以沿用过来的,这个产业链已经有了,在这个基础之上,比如车载供氢系统要打造全新的产业链,发动机里面的技术供应商也要打造起来,可以降低成本。另外从整体来说,国家要有三位一体的布局,国家要有战略,国家一定要引导这个行业,定技术路线。第二,更为重要的是行业要有投入。第三个是基础和应用并举,目前国内有一些看法,说你们不要搞燃料电池汽车,不要搞示范应用,因为我们很多基础没有过关,还有一些说法说你们不要光搞基础研究,我们要推动示范,我们要搞产业化,其实我说这两个是相辅相成的,不相互排斥的,因为没有应用做导向的基础研究是盲目的。同时,如果没有基础研究的支持,所谓的产业化也是一盘空,是不可持续的,这两者是可以兼顾的,不相矛盾的,这点上要有一个明确的认识,不要反对做示范,也不要反对做基础研究,两者都要用。

所以在这三位一体的布局之下,中国的燃料电池汽车还是有些机遇的。从支撑的技术,关键材料,包括电机技术,发动机技术,都是大有可为的,但是关键的关键,我们不仅是在技术指标上,特别是产业化这块,怎么样提高所有技术的产业化水平,这地方是在座各位要关注的事情。

最后,我把这个简单的列了五条,中国要想做产业化的推进,燃料电池领域里面,第一要立足电动汽车动力系统共性技术及零部件产业链,第二是聚焦燃料电池关键核心技术,低成本、高可靠性,长寿命。第三,车型开发上,商用车切入,乘用车跟进,从纯电动和插电式混合动力也可以看出这个趋势,我们走过路子都是从商业车入手的,商用车门槛比较低,要求比较低,容易推动市场,推动产业化,反过来通过推动市场带来盈利,能够反过来发展产业链,推进乘用车的发展。第四,示范和小规模产业化并举,不能等,不能说一定等这个技术百分之百成熟以后才开始示范,才开始小规模产业化,这里面是相辅相成的,没有一定的小批量,就没有办法作出可靠的车型。丰田做燃料电池的时候,他原型车开发了两百多辆。第五,氢能产业,必须要跟上,光有汽车,没有供氢系统是做不到的。只有把两者结合,能源行业和汽车产业紧密结合,才能对中国燃料电池汽车的发展提供一个很好的机遇。

总的来说,从这五点来说,这是中国燃料电池汽车产业化的关键点。

最后给大家提一下《中国制造2025》,,到2020年要生产一千辆左右的燃料电池汽车,并进行示范运行,到2025年,不仅是汽车,制氢,加氢要完善,燃料电池汽车实现区域的小规模运行。

谢谢大家,希望大家有机会我们到同济大学进行沟通