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國(guó)內(nèi)外燃料電池汽車(chē)技術(shù)水平現(xiàn)狀與 差距對(duì)比

更新日期: 2018-04-09
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總體來(lái)看,國(guó)外整車(chē)企業(yè)已在2015 年進(jìn)入量產(chǎn)階段;而在中國(guó),燃料電池汽車(chē)還處于性能改進(jìn)和小規(guī)模示范階段。

 1 燃料電池轎車(chē)

  我國(guó)燃料電池轎車(chē)在動(dòng)力性、續(xù)駛里程等基本性能指標(biāo)方面與國(guó)外的車(chē)型基本相當(dāng),zui高車(chē)速基本都在150170 km/h 上下,百公里加速時(shí)間也基本在1015 s 左右。但由于國(guó)外開(kāi)始采用70MPa 車(chē)載儲(chǔ)氫系統(tǒng),一次加注的續(xù)駛里程大大提高。從動(dòng)力系統(tǒng)的基本配置來(lái)看,zui大的差別在于燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)的功率輸出能力與電機(jī)的轉(zhuǎn)矩輸出能力上。其中國(guó)外燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)的功率輸出能力基本在80100kW,比國(guó)內(nèi)的55kW 高出很多,而且具有很高的質(zhì)量比功率和體積比功率指標(biāo)。同等功率輸出能力的電機(jī)具有更高轉(zhuǎn)矩輸出能力,約比國(guó)內(nèi)高5080Nm,比例達(dá)到25%40%。

                    表1 國(guó)內(nèi)外研究進(jìn)展

 豐田現(xiàn)代通用日產(chǎn)奔馳上汽
車(chē)重1850kg2290kg1800kg1860kg1718kg1833kg
zui高車(chē)速175km/h160km/h160km/h150km/h170km/h150km/h
0~100km/h9.6s12.6s12s14s11.3s15s
加速時(shí)間
PCE 功率114kw100kw92kw90kw100kw40kw
PCE 體積/重37L/56kg60L130kg34L/43kg不詳54L/74kg
 
PCE 低溫啟-30℃-30℃-30℃-30℃-25℃-20℃
動(dòng)性能
PCE 鉑用量20g40g30g40g20g不詳
PCE 耐久性>5000h5500h5500h->5000h2000h
氫系統(tǒng)參數(shù)122.4L,5kg144L,5.6kg4.2kg   
電機(jī)參數(shù)113kw ,100kw ,94kw,90kw ,100kw ,90kw
335Nm300Nm320Nm280Nm290Nm300Nm
電池參數(shù)1.6kwh 鎳氫24kw 鋰離子1.8kwh,35kW不詳9kwh11kWh
 電池電池鎳氫電池   
續(xù)駛里程650km594km320km500km500km400km

 

 2 燃料電池客車(chē)

 我國(guó)燃料電池城市客車(chē)在加速時(shí)間、zui高車(chē)速等動(dòng)力性指標(biāo)方面與國(guó)外的車(chē)型基本相當(dāng),zui高車(chē)速80km/h 居多,050 km/h 加速時(shí)間在20s 左右。續(xù)駛里程適中,一般在250400 km 之間,氫耗指標(biāo)有一定優(yōu)勢(shì),儲(chǔ)氫瓶的zui高壓力均為35 MPa

       表 2 國(guó)內(nèi)外研究進(jìn)展

客車(chē)廠家美國(guó)Van Hool美國(guó)New Flyer德國(guó)戴姆勒奔馳日本豐田和日野宇通客車(chē)佛山飛馳
燃料電池功率120kw150kw2×60kw2×114kw30kw/60kw88kW
燃料電池廠家US FuelCellBallard HD6AFCCToyota億華通上海重塑
動(dòng)力電池的17.4kwh,鋰離47kwh,鋰離子26kwh,鋰離子2×1.6kwh2 個(gè)轎車(chē)64.5kWh,鋰50kWh,
容量或功率子(EnerDel)(Valence)(A123)用的鎳氫電池模塊離子 
電機(jī)功率或2×85kw2×85kw2×80kw2×110kw100kW90kW
轉(zhuǎn)矩Slemens ELFASlemens ELFAWheel Hub2 個(gè)轎車(chē)電機(jī)  
氫氣氣瓶350bar,8 個(gè)350bar,8 個(gè)350bar,7 個(gè)350bar,8 個(gè)350bar,8 個(gè)350bar,8 個(gè)
氫氣量40kg56kg35kg480 升,18kg8*150L,25kg25kg
耐久性18000h8000h12000h未公開(kāi)未公開(kāi)(4000h)10000h
續(xù)駛里程300 英里300 英里250km未公開(kāi)600km400km
整車(chē)成本   未公開(kāi)未公開(kāi)300m RMB

 3 關(guān)鍵材料

 在燃料電池關(guān)鍵材料,如催化劑,質(zhì)子交換膜、膜電極(membraneeletrode assembly MEA)等方面,中國(guó)與國(guó)外水平相比仍存在較大差距,造成中國(guó)與發(fā)達(dá)國(guó)家技術(shù)上這些差距的原因主要分析如下:

1)關(guān)鍵材料未實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)化。上述關(guān)鍵材料如電催化劑、質(zhì)子交換膜、炭紙大都采用進(jìn)口材料,且多數(shù)為國(guó)外壟斷,價(jià)格*;盡管在“十一五規(guī)劃”中國(guó)產(chǎn)替代材料如催化劑、膜、炭紙等取得了可喜成就,然而,由于尚未形成批量生產(chǎn)能力,或者產(chǎn)品質(zhì)量不夠穩(wěn)定。

2)部件制備技術(shù)落后。由于缺少先進(jìn)制備技術(shù)與設(shè)備,使得一些主要部件如雙極板、MEA 等制造質(zhì)量得不到保障,一致性較差。

3)系統(tǒng)耐久性與可靠性有待提高。國(guó)內(nèi)對(duì)電堆耐久性的研究不足,對(duì)系統(tǒng)優(yōu)化提升電堆性能與壽命缺乏深刻的認(rèn)識(shí),造成了輔助系統(tǒng)匹配與控制策略研究過(guò)程中思路簡(jiǎn)單,甚至盲目。

4 燃料電池附件系統(tǒng)對(duì)標(biāo)

 在燃料電池附件系統(tǒng)方面,中國(guó)與*水平相比差距很大,基本沒(méi)有成熟產(chǎn)品。

                  表 3 國(guó)內(nèi)外研究進(jìn)展

 國(guó)外現(xiàn)狀與水平中國(guó)現(xiàn)狀與水平
壓縮機(jī)21 世紀(jì)初,美國(guó)開(kāi)始在政府支持下開(kāi)發(fā)燃料電池廣東廣順的一家企業(yè)在進(jìn)行燃料
 壓縮機(jī)。美國(guó)能源部支持了AD Little Inc.、電池離心式壓縮機(jī)的開(kāi)發(fā),目
 Honeywell、VAIREX Corporation、Mechanology,前處于開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)的初期階段;而且
 LL 等企業(yè);瑞典的OpconAutorotor AB 對(duì)多種沒(méi)有將電機(jī)及其控制器進(jìn)行集成
 壓縮機(jī)進(jìn)行比較開(kāi)發(fā)。典型的是Honeywell 的離設(shè)計(jì)和優(yōu)化的能力,可靠性和耐久
 心式性得不到保證。
 壓縮機(jī)和Opcon 的雙螺桿壓縮機(jī),二者已經(jīng)達(dá)到 
 產(chǎn)品的要求,在多款燃料電池系統(tǒng)中進(jìn)行了長(zhǎng)時(shí) 
 間的運(yùn)行。 
加濕器主流技術(shù)是Gas-to-Gas 加濕器。已有多廠家開(kāi)尚無(wú)相應(yīng)的零部件開(kāi)發(fā)商開(kāi)發(fā)此
 發(fā)出加濕器形成產(chǎn)品。能夠滿足備用電源到燃料類(lèi)產(chǎn)品,基本上是采購(gòu)國(guó)外的產(chǎn)
 電池公交車(chē)用的加濕需要。美國(guó)的Perma-Pure品。一些研究單位開(kāi)展了基礎(chǔ)研
 生產(chǎn)的管式加濕器、加拿大Dipont 生產(chǎn)的板式究;在如何小型化或取消增濕器方
 加濕器、德國(guó)Mann-Hummel 生產(chǎn)的板式和管式面,缺少系統(tǒng)優(yōu)化的經(jīng)驗(yàn)和能力。
 加濕器和德國(guó)Freudenberg FCCT 生產(chǎn)的管式加 
 濕器等;豐田等企業(yè)采用先進(jìn)系統(tǒng)設(shè)計(jì),取消了 
 加濕器,提高低溫冷啟動(dòng)性能。 
氫循環(huán)裝置美國(guó)Park 公司開(kāi)發(fā)出氫氣循環(huán)泵,可用于不同尚沒(méi)有見(jiàn)過(guò)有廠家進(jìn)行過(guò)類(lèi)似產(chǎn)
 的燃料電池汽車(chē),美國(guó)Argonne 國(guó)家實(shí)驗(yàn)室,開(kāi)品的研發(fā)。一些研究單位開(kāi)展了基
 發(fā)了氫氣引射裝置(E-jector)以及與氫循環(huán)泵混礎(chǔ)研究。缺少大流量的氫氣再循環(huán)
 合循環(huán)系統(tǒng),各大汽車(chē)公司也開(kāi)發(fā)相應(yīng)的氫氣循泵及其驅(qū)動(dòng)電機(jī)。
 環(huán)。 
 裝置,并用于燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)。 
DC/DC豐田已經(jīng)將DC/DC 與燃料電池直接集成在一尚沒(méi)有專(zhuān)門(mén)從事針對(duì)燃料電池
 起,作為燃料電池系統(tǒng)的一個(gè)執(zhí)行器,提高了系DC/DC 研發(fā)的廠家,針對(duì)燃料電
 統(tǒng)集成度。池的特殊控制和保護(hù)邏輯尚不清
  楚。

 

5 國(guó)內(nèi)燃料電池汽車(chē)存在問(wèn)題

 目前制約中國(guó)燃料電池汽車(chē)發(fā)展的瓶頸包括貴金屬成本及中毒問(wèn)題、燃料電池穩(wěn)定性問(wèn)題、氫供給難題等技術(shù)性制約因素。燃料電池耐久性問(wèn)題。以車(chē)用燃料電池的基本要求為例,轎車(chē)用

燃料電池系統(tǒng)的運(yùn)行壽命必須達(dá)到30005000h。國(guó)內(nèi)相關(guān)企業(yè)氫燃料電池的穩(wěn)定壽命還在3000 小時(shí)左右,而*技術(shù)已經(jīng)可以達(dá)到5000 小時(shí)以上。

 關(guān)鍵材料和核心零部件薄弱。我國(guó)燃料電池關(guān)鍵材料和部件基礎(chǔ)比較薄弱,如燃料電池用電化劑、質(zhì)子交換膜、炭紙等關(guān)鍵材料的開(kāi)發(fā)多停留于實(shí)驗(yàn)室和樣品階段,空氣壓縮機(jī)和氫氣回泵等關(guān)鍵部件沒(méi)有產(chǎn)品供應(yīng),嚴(yán)重影響到我國(guó)車(chē)用燃料電池電堆技術(shù)的開(kāi)發(fā)進(jìn)程。

 氫氣儲(chǔ)存問(wèn)題。我國(guó)使用的壓力為35MPa 的碳纖維纏繞金屬內(nèi)膽氣瓶(Ⅲ)的儲(chǔ)氫密度為3.9%,通過(guò)提高壓力到70MPa 可達(dá)到5%;而采用碳纖維纏繞塑料內(nèi)膽氣瓶()儲(chǔ)氫密度可以進(jìn)一步提高到5.5%。我國(guó)在IV 瓶方面尚沒(méi)有技術(shù),在70MPa 的Ⅲ瓶方面僅有研發(fā)成果,沒(méi)有產(chǎn)品。另外,目前正在探討和研發(fā)的另外一條路徑是有機(jī)液態(tài)儲(chǔ)氫值得重視,國(guó)內(nèi)有一定的研究基礎(chǔ),但缺乏示范考核。

 我國(guó)燃料電池材料與關(guān)鍵部件技術(shù)基礎(chǔ)與*水平差距較大,耐久性、功率密度和低成本技術(shù)明顯落后。燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)等關(guān)鍵零部件方面,基本沒(méi)有成熟產(chǎn)品,產(chǎn)業(yè)鏈配套體系很不完善;燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)的耐久性方面,我國(guó)僅為幾千小時(shí),國(guó)外上已實(shí)現(xiàn)超過(guò)1萬(wàn)小時(shí);轎車(chē)集成和控制的水平差距不大,但燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)的功率密度明顯低;燃料電池客車(chē)的混合動(dòng)力系統(tǒng)

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