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    國內外燃料電池汽車技術水平現狀與 差距對比

    發布日期: 2018-04-09
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    總體來看,國外整車企業已在2015 年進入量產階段;而在中國,燃料電池汽車還處于性能改進和小規模示范階段。

     1 燃料電池轎車

      我國燃料電池轎車在動力性、續駛里程等基本性能指標方面與國外的車型基本相當,zui高車速基本都在150170 km/h 上下,百公里加速時間也基本在1015 s 左右。但由于國外開始采用70MPa 車載儲氫系統,一次加注的續駛里程大大提高。從動力系統的基本配置來看,zui大的差別在于燃料電池發動機的功率輸出能力與電機的轉矩輸出能力上。其中國外燃料電池發動機的功率輸出能力基本在80100kW,比國內的55kW 高出很多,而且具有很高的質量比功率和體積比功率指標。同等功率輸出能力的電機具有更高轉矩輸出能力,約比國內高5080Nm,比例達到25%40%。

                        表1 國內外研究進展

     豐田現代通用日產奔馳上汽
    車重1850kg2290kg1800kg1860kg1718kg1833kg
    zui高車速175km/h160km/h160km/h150km/h170km/h150km/h
    0~100km/h9.6s12.6s12s14s11.3s15s
    加速時間
    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℃
    動性能
    PCE 鉑用量20g40g30g40g20g不詳
    PCE 耐久性>5000h5500h5500h->5000h2000h
    氫系統參數122.4L,5kg144L,5.6kg4.2kg   
    電機參數113kw ,100kw ,94kw,90kw ,100kw ,90kw
    335Nm300Nm320Nm280Nm290Nm300Nm
    電池參數1.6kwh 鎳氫24kw 鋰離子1.8kwh,35kW不詳9kwh11kWh
     電池電池鎳氫電池   
    續駛里程650km594km320km500km500km400km

     

     2 燃料電池客車

     我國燃料電池城市客車在加速時間、zui高車速等動力性指標方面與國外的車型基本相當,zui高車速80km/h 居多,050 km/h 加速時間在20s 左右。續駛里程適中,一般在250400 km 之間,氫耗指標有一定優勢,儲氫瓶的zui高壓力均為35 MPa。

           表 2 國內外研究進展

    客車廠家美國Van Hool美國New Flyer德國戴姆勒奔馳日本豐田和日野宇通客車佛山飛馳
    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
    動力電池的17.4kwh,鋰離47kwh,鋰離子26kwh,鋰離子2×1.6kwh2 個轎車64.5kWh,鋰50kWh,
    容量或功率子(EnerDel)(Valence)(A123)用的鎳氫電池模塊離子 
    電機功率或2×85kw2×85kw2×80kw2×110kw100kW90kW
    轉矩Slemens ELFASlemens ELFAWheel Hub2 個轎車電機  
    氫氣氣瓶350bar,8 個350bar,8 個350bar,7 個350bar,8 個350bar,8 個350bar,8 個
    氫氣量40kg56kg35kg480 升,18kg8*150L,25kg25kg
    耐久性18000h8000h12000h未公開未公開(4000h)10000h
    續駛里程300 英里300 英里250km未公開600km400km
    整車成本   未公開未公開300m RMB

     3 關鍵材料

     在燃料電池關鍵材料,如催化劑,質子交換膜、膜電極(membraneeletrode assembly MEA)等方面,中國與國外水平相比仍存在較大差距,造成中國與發達國家技術上這些差距的原因主要分析如下:

    1)關鍵材料未實現國產化。上述關鍵材料如電催化劑、質子交換膜、炭紙大都采用進口材料,且多數為國外壟斷,價格*;盡管在“十一五規劃”中國產替代材料如催化劑、膜、炭紙等取得了可喜成就,然而,由于尚未形成批量生產能力,或者產品質量不夠穩定。

    2)部件制備技術落后。由于缺少先進制備技術與設備,使得一些主要部件如雙極板、MEA 等制造質量得不到保障,一致性較差。

    3)系統耐久性與可靠性有待提高。國內對電堆耐久性的研究不足,對系統優化提升電堆性能與壽命缺乏深刻的認識,造成了輔助系統匹配與控制策略研究過程中思路簡單,甚至盲目。

    4 燃料電池附件系統對標

     在燃料電池附件系統方面,中國與*水平相比差距很大,基本沒有成熟產品。

                      表 3 國內外研究進展

     國外現狀與水平中國現狀與水平
    壓縮機21 世紀初,美國開始在政府支持下開發燃料電池廣東廣順的一家企業在進行燃料
     壓縮機。美國能源部支持了AD Little Inc.、電池離心式壓縮機的開發,目
     Honeywell、VAIREX Corporation、Mechanology,前處于開發設計的初期階段;而且
     LL 等企業;瑞典的OpconAutorotor AB 對多種沒有將電機及其控制器進行集成
     壓縮機進行比較開發。典型的是Honeywell 的離設計和優化的能力,可靠性和耐久
     心式性得不到保證。
     壓縮機和Opcon 的雙螺桿壓縮機,二者已經達到 
     產品的要求,在多款燃料電池系統中進行了長時 
     間的運行。 
    加濕器主流技術是Gas-to-Gas 加濕器。已有多廠家開尚無相應的零部件開發商開發此
     發出加濕器形成產品。能夠滿足備用電源到燃料類產品,基本上是采購國外的產
     電池公交車用的加濕需要。美國的Perma-Pure品。一些研究單位開展了基礎研
     生產的管式加濕器、加拿大Dipont 生產的板式究;在如何小型化或取消增濕器方
     加濕器、德國Mann-Hummel 生產的板式和管式面,缺少系統優化的經驗和能力。
     加濕器和德國Freudenberg FCCT 生產的管式加 
     濕器等;豐田等企業采用先進系統設計,取消了 
     加濕器,提高低溫冷啟動性能。 
    氫循環裝置美國Park 公司開發出氫氣循環泵,可用于不同尚沒有見過有廠家進行過類似產
     的燃料電池汽車,美國Argonne 國家實驗室,開品的研發。一些研究單位開展了基
     發了氫氣引射裝置(E-jector)以及與氫循環泵混礎研究。缺少大流量的氫氣再循環
     合循環系統,各大汽車公司也開發相應的氫氣循泵及其驅動電機。
     環。 
     裝置,并用于燃料電池發動機。 
    DC/DC豐田已經將DC/DC 與燃料電池直接集成在一尚沒有專門從事針對燃料電池
     起,作為燃料電池系統的一個執行器,提高了系DC/DC 研發的廠家,針對燃料電
     統集成度。池的特殊控制和保護邏輯尚不清
      楚。

     

    5 國內燃料電池汽車存在問題

     目前制約中國燃料電池汽車發展的瓶頸包括貴金屬成本及中毒問題、燃料電池穩定性問題、氫供給難題等技術性制約因素。燃料電池耐久性問題。以車用燃料電池的基本要求為例,轎車用

    燃料電池系統的運行壽命必須達到30005000h。國內相關企業氫燃料電池的穩定壽命還在3000 小時左右,而*技術已經可以達到5000 小時以上。

     關鍵材料和核心零部件薄弱。我國燃料電池關鍵材料和部件基礎比較薄弱,如燃料電池用電化劑、質子交換膜、炭紙等關鍵材料的開發多停留于實驗室和樣品階段,空氣壓縮機和氫氣回泵等關鍵部件沒有產品供應,嚴重影響到我國車用燃料電池電堆技術的開發進程。

     氫氣儲存問題。我國使用的壓力為35MPa 的碳纖維纏繞金屬內膽氣瓶(Ⅲ)的儲氫密度為3.9%,通過提高壓力到70MPa 可達到5%;而采用碳纖維纏繞塑料內膽氣瓶()儲氫密度可以進一步提高到5.5%。我國在IV 瓶方面尚沒有技術,在70MPa 的Ⅲ瓶方面僅有研發成果,沒有產品。另外,目前正在探討和研發的另外一條路徑是有機液態儲氫值得重視,國內有一定的研究基礎,但缺乏示范考核。

     我國燃料電池材料與關鍵部件技術基礎與*水平差距較大,耐久性、功率密度和低成本技術明顯落后。燃料電池發動機等關鍵零部件方面,基本沒有成熟產品,產業鏈配套體系很不完善;燃料電池發動機的耐久性方面,我國僅為幾千小時,國外上已實現超過1萬小時;轎車集成和控制的水平差距不大,但燃料電池發動機的功率密度明顯低;燃料電池客車的混合動力系統

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