2018年燃料電池動力系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)發(fā)展趨勢分析

目前是2017年年底了，大家都在分析2018年中國新能源汽車技術(shù)發(fā)展趨勢。而科技部《新能源汽車2018 年重點專項申報指南》已經(jīng)發(fā)布，對企業(yè)而言很有指導意義。下面是筆者學習《申報指南》后，對2018 度年燃料電池動力系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)發(fā)展趨勢分析，分享如下。

一、中國新能源汽車重大共性關(guān)鍵技術(shù)的主攻方向

《申報指南》列出2018年中國新能源汽車技術(shù)的主攻方向是：

1）動力電池與電池管理系統(tǒng)；

2）電機驅(qū)動與電力；

3）電子、電動汽車智能化；

4）燃料電池動力系統(tǒng)；

5）插電/增程式混合動力系統(tǒng)；

6）純電動力系統(tǒng)。

一共是6個方向下，再細分24個研究任務(wù)。

筆者理解:

①企業(yè)與政府規(guī)劃要保持一致，企業(yè)經(jīng)營活動（含技術(shù)攻關(guān)）要在政府的頂層設(shè)計下開展。

②企業(yè)2018年具體的新能源汽車研究（開發(fā)）項目必須在6個方向下、24個研究任務(wù)之中;

③企業(yè)具體技術(shù)研究和開發(fā)項目，理應(yīng)與中央政府政府年度計劃技術(shù)攻關(guān)項目對應(yīng)起來。

二、2018年燃料電池動力系統(tǒng)研究任務(wù)

燃料電池動力系統(tǒng)研究任務(wù)有技術(shù)攻關(guān)是4個，示范應(yīng)用是1個。

1）全功率轎車燃料電池動力系統(tǒng)平臺及整車集成技術(shù)

（1）研究內(nèi)容：

突破基于大功率燃料電池發(fā)動機的整車動力系統(tǒng)集成技術(shù)；掌握整車能量管理、能耗優(yōu)化、動態(tài)響應(yīng)、整車熱平衡、故障診斷與容錯控制等關(guān)鍵集成技術(shù)；突破 70MPa 車載高壓供氫及氫-電安全技術(shù)；掌握動力系統(tǒng)關(guān)鍵零部件選型方法，掌握其設(shè)計過程、生產(chǎn)工藝及流程；建立燃料電池汽車動力系統(tǒng)及關(guān)鍵零部件的優(yōu)化匹配測試、集成測試及試驗驗證體系。

（2）考核指標：

開發(fā)出全功率燃料電池轎車 2 款；燃料電池發(fā)動機額定功率≥80kW，裝車使用壽命≥5000h。整車 30 分鐘高車速≥180km/h；0-100km/h加速時間≤12秒（轎車）或≤14秒（SUV）；大爬坡度≥30%；續(xù)駛里程≥650km；耗氫量≤1.0kg/100km（轎車）或≤1.2kg/100km（SUV）；低溫冷啟動能力≤-20℃；平均無故障里程≥5000km。獲得公告產(chǎn)品至少1款。

（3）筆者解讀：

①對燃料電池動力轎車而言，全功率即非混合動力系統(tǒng)，是一個攻關(guān)方向；

②全功率燃料電池動力系統(tǒng)和整車，是兩個級別的任務(wù)，彼此互相支持，又是一個整體；

③氫氣供給攻關(guān)是 70MPa 車載高壓供氫及氫-電安全技術(shù)，言下之意，其他供氫技術(shù)路線，不在其列；

④燃料電池轎車的有關(guān)指標，已經(jīng)很明確，能實現(xiàn)上述指標，研究任務(wù)就基本完成。

⑤獲得公告產(chǎn)品至少 1 款的指標要求，說明中國全功率燃料電池轎車技術(shù)水平，基本可以正常上路了。

2） 增程式燃料電池轎車動力系統(tǒng)平臺及整車集成技術(shù)（重大共性關(guān)鍵技術(shù)類）

（1）研究內(nèi)容：

突破基于純電動轎車平臺的增程式燃料電池整車集成關(guān)鍵技術(shù)；掌握增程式燃料電池轎車制動回收、能量管理、整車安全、故障診斷與容錯控制等關(guān)鍵集成與控制技術(shù)；掌握低成本車載儲氫技術(shù)和氫-電安全技術(shù)；建立燃料電池汽車動力系統(tǒng)及關(guān)鍵零部件的優(yōu)化匹配測試、集成測試及試驗驗證體系；研究增程式燃料電池整車動力系統(tǒng)成本分解及批量生產(chǎn)工藝。

（2）考核指標：

燃料電池增程器額定功率≥30kW，高效率≥55%，裝車使用壽命≥10000h。整車高車速≥160km/h，30 分鐘高車速≥120km/h；0-100km/h 加速時間≤12 秒（轎車）或≤14 秒（SUV）；大爬坡度≥30%，續(xù)駛里程≥450km；低溫冷啟動能力≤-30℃；平均無故障里程≥5000km。建立增程式燃料電池轎車批量生產(chǎn)能力，獲得公告產(chǎn)品 1 款以上。

（3）筆者解讀：

①增程式燃料電池轎車批量生產(chǎn)能力，獲得公告產(chǎn)品 1 款以上的要求，說明了這個技術(shù)到了產(chǎn)業(yè)化驗證階段；

②燃料電池增程器額定功率≥30kW，高效率≥55%，裝車使用壽命≥10000h，這個指標告訴廠家，明確的燃料電池增程器發(fā)展水平；

③增程式燃料電池轎車是目前產(chǎn)業(yè)化的主攻方向。但是仍然處于示范推廣階段，普及推廣應(yīng)用，還沒有到。

3）燃料電池公交車電-電深度混合動力系統(tǒng)及整車集成技術(shù)（重大共性關(guān)鍵技術(shù)類）

（1）研究內(nèi)容：

開展國際先進燃料電池系統(tǒng)與國產(chǎn)系統(tǒng)對比測試與評價研究；面向商業(yè)化要求，研究城市客車燃料電池動力系統(tǒng)耐久性、經(jīng)濟性和低溫環(huán)境適應(yīng)性關(guān)鍵技術(shù)；基于公交工況大數(shù)據(jù)，研究燃料電池及其動力系統(tǒng)的匹配標定、能量管理、故障診斷和容錯控制技術(shù)；掌握燃料電池公交客車動力系統(tǒng)與整車工程化開發(fā)技術(shù)；研發(fā)低成本、長壽命和低溫環(huán)境適應(yīng)性的燃料電池動力系統(tǒng)和整車產(chǎn)品，達到商業(yè)化應(yīng)用水平。

（2）考核指標：

燃料電池發(fā)動機額定功率（凈輸出）≥50kW；低溫啟動能力≤-30℃，裝車使用壽命≥10000h（實車測試≥1000h，根據(jù)系統(tǒng)實測數(shù)據(jù)測算壽命）。0-50km/h 加速時間≤20 秒，大爬坡度≥15%。12 米燃料電池公交客車氫耗≤7.5kg/100km（工況法），續(xù)駛里程≥400km（工況法，SOC 變化≤10%）。建立燃料電池公交客車批量生產(chǎn)能力，獲得公告 1 款以上，開展小批量示范運行，示范車輛≥10 輛。

（3）筆者解讀：

①燃料電池公交車的技術(shù)路線是電-電深度混合，沒有要求開發(fā)出全功率燃料電池的公交車。

②12 米燃料電池公交客車氫耗≤7.5kg/100km（工況法），續(xù)駛里程≥400km（工況法，SOC 變化≤10%）。這個指標要求，12米車，燃料電池發(fā)動機額定功率（凈輸出）≥50kW以上。目前廠家基本上10米（含）以下，燃料電池發(fā)動機額定功率（凈輸出）≥30kW。

③這個車的續(xù)駛里程≥400km，已經(jīng)超過公交車運營里程的要求》280公里的要求。

④電-電深度混合動力電池公交客車是產(chǎn)業(yè)化的主攻方向。

⑤建立燃料電池公交客車批量生產(chǎn)能力，獲得公告 1 款以上，開展小批量示范運行，示范車輛≥10 輛。這個目標看起來不高，說明難度是相當大的。同時提醒廠家，對這個車開發(fā)，要有心理準備，不要盲目。

4） 公路客車燃料電池動力系統(tǒng)及整車集成技術(shù)（重大共性關(guān)鍵技術(shù)類）

（1）研究內(nèi)容：

研究公路客車用大功率燃料電池動力系統(tǒng)的匹配標定、能量管理、故障診斷和容錯控制技術(shù)；研究燃料電池公路客車整車優(yōu)化設(shè)計和集成技術(shù)，氫-電-結(jié)構(gòu)耦合安全技術(shù)；研究燃料電池系統(tǒng)和整車綜合熱管理技術(shù)；開展國際先進燃料電池系統(tǒng)與國產(chǎn)系統(tǒng)對比測試評價研究；開展燃料電池公路客車動力系

統(tǒng)與整車工程化開發(fā)；研究快速加氫及公路客車示范運行安全監(jiān)控技術(shù)。建立商用車燃料電池動力系統(tǒng)技術(shù)平臺并研制燃料電池公路客車。

（2）考核指標：

燃料電池發(fā)動機額定功率≥80kW；低溫啟動≤-30℃，裝車使用壽命≥10000h（實車測試≥1000h，根據(jù)系統(tǒng)實測數(shù)據(jù)測算壽命）。0-50km/h加速時間≤20秒，大爬坡度≥20%。10m 公路客車氫耗≤8.0kg/100km（工況法），續(xù)駛里程≥500km（工況法，SOC 變化≤10%），30 分鐘高車速≥90km/h。獲得燃料電池公路客車公告 1 款以上。開展小批量示范運行，示范車輛≥5 輛。

（3）筆者解讀：

①公路客車用大功率燃料電池的的指標是額定功率≥80kW，而12米燃料混合動力公交車的功率是（凈輸出）≥50kW；

②獲得燃料電池公路客車公告 1 款以上，開展小批量示范運行，示范車輛≥5 輛。說明燃料電池公路客車示范比公交車要求規(guī)模更低一些，說明這個車開發(fā)難度更大。同時提醒整車廠要掌握好這個車的開發(fā)進度合理性。

③大功率燃料電池公路客車的技術(shù)指標要求要高于燃料電池公交車。整車開發(fā)要一步一步來，重心要放到燃料電池公交車攻關(guān)上，不宜同時開發(fā)公路、公交車的燃料電池車。

④考核指標對整車開發(fā)，其指導意義是明確的，整車開發(fā)要如何平衡這些指標，要做的工作是比較多。

⑤《指南》用了不少“形容詞”，不好把握。建議大家一定要結(jié)合考核指標。工程技術(shù)人員一定要對考核指標，予以認真思考。

5）燃料電池汽車示范（應(yīng)用示范類）

（1）研究內(nèi)容：

在指定區(qū)域內(nèi)進行燃料電池汽車示范，研究燃料電池示范流程、監(jiān)控方法及安全規(guī)范；研究燃料電池汽車運營過程中安全保障、應(yīng)急方案及維護方法；開發(fā)燃料電池汽車示范安全監(jiān)控技術(shù)，研究道路環(huán)境下燃料電池汽車及加氫基礎(chǔ)設(shè)施的技術(shù)驗證及評價方法、建立可持續(xù)發(fā)展的加氫設(shè)施及其示范平臺，進一步探索新型車載儲氫、輸氫及加氫技術(shù)的示范應(yīng)用及技術(shù)驗證，結(jié)合聯(lián)合國開發(fā)計劃署（UNDP）中國燃料電池示范項目，開展多種燃料電池汽車示范運營。

（2）考核指標：

提交燃料電池示范流程及安全規(guī)范；提交燃料電池汽車技術(shù)驗證及評價報告；在指定區(qū)域內(nèi)進行燃料電池汽車示范，參與示范的車輛不少于 100 輛；示范運營時間≥2 年；燃料電池系統(tǒng)平均壽命≥5000h（實車測試平均壽命≥1500h，根據(jù)系統(tǒng)實測數(shù)據(jù)測算壽命）；平均單車運營累計里程≥40000km，平均無故障里程≥5000km；監(jiān)控數(shù)據(jù)應(yīng)涵蓋范圍包括車輛安全性、可靠性及耐久性等方面。

（3）筆者解讀：

①聯(lián)合國開發(fā)計劃署（UNDP）中國燃料電池示范項目，是目前的重要項目，是大家要積極參與的；

②在指定區(qū)域內(nèi)進行燃料電池汽車示范，參與示范的車輛不少于 100 輛。這個強調(diào)“在指定區(qū)域內(nèi)”，車輛不少于 100 輛，說明示范一定是在政府直接領(lǐng)導和指導下的工作。

總結(jié)：《指南》燃料電池動力汽車開發(fā)攻關(guān)主要定位在乘用車和客車上，客車又分了，公路客車和公交車，要注意客車主要是10米以上大客車，持續(xù)里程在400公里以上。示范運營車輛不少于 100 輛是一個基本目標。筆者理解，在中國，燃料電池動力客車主要是電電混合的技術(shù)路線，車上的氫供給方式是70MPa車載高壓氫氣瓶。對其他供氣模式（如何甲醇重整）沒有列入《指南》中，整車廠有必要認真思考。