1 中国燃料电池汽车发展路线图 中国汽车技术研究中心 2017年 7月 14日 2 目 录 1 引言 4 2 中国燃料电池汽车发展路线图研究 . 4 3 国外燃料电池汽车发展 概况 8 3.1 国外政策发展 . 8 3.2 国外燃料电池发展现状 10 4 国内燃料电池汽车发展概况 12 4.1 国内政策发展 . 12 4.2 国内燃料电池发展现状 13 4.3 国内燃料电池与氢能的建设成绩 16 5 国内外燃料电池汽车技术水平现状与差距对比 . 21 5.1 燃料电池轿车 . 21 5.2 燃料电池客车 . 22 5.3 关键材料 22 5.4 燃料电池附件系统对标 23 5.5 国内燃料电池汽车存在问题 . 24 6 燃料电池汽车及产业化发展趋势 26 6.1 燃料电池汽车发展趋势 26 6.2 产业化发展趋势 . 27 6.3 燃料电池产业链发展 30 7 产业发展方向的改进措施和建议 43 7.1 政策 . 43 3 7.2 氢能基础设施 . 44 7.3 制氢储氢技术 . 45 7.4 核心专利 46 7.5 燃料电池电堆技术 . 47 7.6 燃料电池技术领域 -关键材料 48 7.7 燃料电池系统附件 . 49 7.8 燃料电池动力总成 . 50 7.9 燃料电池汽车 . 51 7.10 产业 . 52 4 1 引言 燃料电池是一种以电化学反应方式将 氢气与空气 （氧气） 的化学能转变为电能的能量转换装置。由于 不经过高温 燃烧过程， 唯一的排放产物是 水， 没有 污染物 排放 ； 同时 只要能保障 氢气的 供给，燃料电池将会持续 输出电能 。 氢能燃料电池 汽车 是指 以 车载 氢气为 能量 源 、 经燃料电池将 氢气 的化学能量转化为 电能 ， 以 电机驱动车辆实现运输功能的 汽车。不 包括 以石化燃料为加注燃料、以 车载装置 所制氢气作为能量源的汽车。 燃料电池汽车涉及的内容主要 包括 三 部分 燃料电池汽车、燃料电池系统、及氢能系统。 燃料电池汽车部分包括 整车与燃料电池系统，燃料电池系统部分包括燃料电池电堆、关键材料与核心部件，氢能系统部分包括 氢气 的 生产储存与 加注 、以及车载 氢储存 系统 。 2 中国燃料电池汽车发展路线图研究 2016年 10月 26日，在中国 汽车 工程学会年会上，国家强国战略咨询委员会、清华大学教授欧阳明高作为代表发布了备受关注的节能与新能源 汽车 技术路线图。 氢燃料电池汽车具有零排放、续驶里程长、燃料加注快的典型特点，是未来汽车行业发展的重要趋势之一。同时，发展氢燃料电池汽车， 对改善能源结构，发展低碳交通，具有非常显著的意义。 国外 上，欧、美、日等地区和国家已基本完成性能开发验证， 逐5 步进入氢能及燃料电池产业化阶段。我国经过多年研究， 取得了不小进步， 但在系统比 功率、寿命及成本控制等方面，相较 国外 先进水平仍有一定差距。 随着车用燃料电池技术发展方向逐渐明确， 除了燃料电池材料、电池堆、系统、整车动力系统以及氢能基础等各产业链技术的进一步成熟、性能进一步提升外，主要趋势表现为燃料电池的模块化和系列化、氢燃料电池汽车动力系统混合化、车载能源载体氢气化和来源多样化、氢燃料电池汽车运行规模化等。 节能与新能源 汽车 技术路线图 其中燃料电池的规划如下 6 氢燃料电池汽车首先实现在特定地区的公共服务用车领域 5000辆规模示范应用； 逐步推广至城市私人用车、公共服务用车等领域的大批量应用，达到 50000辆规模；最终，在私人乘用车、大型商用车领域实现百万辆规模的商业推广。在此过程中， 进一步提高氢燃料电池汽车低温启动、可靠耐久、使用寿命等性能并降低整车成本，逐步扩大燃料电池系统产能，完善氢气供应、运输及加注基础设施建设， 支撑氢燃料电池汽车的产业化发展。 总体 技术路线分析 7 氢燃料电池汽车总体发展路径，通过三个五年的技术研发、示范考核和领域推广， 开展燃料电池关 键材料技术、电池堆技术、系统集成与控制技术、动力系统开发技术以及制氢、储氢、运氢等基础技术研究，掌握氢燃料电池汽车的设计与集成技术，完善包括燃料电池堆及关键材料、燃料电池系统及核心部件、氢燃料电池汽车及关键零部件、氢能供应基础设施在内的完整的技术链与产业链，实现构建面向未来的清洁、低碳、高效氢燃料电池汽车研发和应用体系的整体发展目标。 氢燃料电池汽车技术路线以实现氢燃料电池汽车产业化为目标，开展燃料电池系统、燃料电池堆及材料 、车 载 储 氢 与 加 氢 站 等 关 键 产业环节技术与产品攻关，突破核心技术，提高性能并进一步降低成本， 建立并完善燃料电池关键技术及产业链， 使得 燃料电池乘用车与商用车具有较强市场竞争力并实现全面产业化。 8 3 国外燃料电池汽车发展概况 从 国外 燃料电池电动汽车发展现状看，全球主要汽车公司 基本 完成了燃料电池电动汽车的性能研发 ，整车性能 已 达到传统汽车水平，示范中发现的核心 技术问题 也已经得到解决 。 今后的 研究重点集中到降低燃料电池系统成本 、 规模建设加氢基础设施 和 推广商业化示范 等方面。 3.1 国外政策发展 为了加快 氢能源的开发和利用，各 国家 和地区纷纷推出 氢能 与燃料电池产业发展 政策 和规划，从基础科学研究、产品补贴、 基础 设施建设、战略联盟等 各个 方面对行业的发展进行推动。 表 1世界 各国氢能源 发展 政策情况 国家 /地区 政策名称 政策 内容 美国 H2USA 计划 .2013年 5月 由美国能源部提出，涉及了多个公共和私营部门及氢能和 FC 企业，计划共投资 25亿美元，其中国家拨款 15亿美元，三大汽车公司投资 10亿美元，致力于推进美国氢能基础设施的建设 。 能源 政策法 .2005年 将发展氢能和燃料电池技术的有关项目及其财政经费授权额度明确写入； 2012 年 9月再次修订，对清能和燃料电池的补贴仍然持续有效。在发展的第一 /二 /三阶段， 5000/4000/3000 美元 /kwh 的燃料电池系统，分别实现超过 70/60/30的效率转换，即可分别享受 50/40/30的税收抵免 。 氢态势计划综合研究、开发和示范计划 .2004年 制定 美国氢能发展路线 图 ， 明确 提出 于 2040年 前进入氢经济社会。 欧洲 英国 H2 Mobility 计划 到 2015/25/30 年之前，分别在国内建设 65/330/1150 个 加氢站，并配备建设相应氢气输送管道，基本实现全国覆盖 。 德国 H2 Mobility 计划 到 2023年将目前在德国的 15个加氢站扩大到约 400个，确保高速公路沿线每 90km有一个、每个大城市至少有 10个加氢站 。 EU 第七框架计划 FP7 2008-2013 年，欧盟将从 EU 第七框架计划 FP7中花费相当37.13 亿的人民币支持氢燃料电池技术的研发和示范 。 荷兰、瑞典、法国、丹麦、德国与英国六国达成有关共同开发并推9 广氢能源汽车的协议，共同建设一个欧洲氢气设施网络，并负责协调能源传输； 2013年欧盟新增 14亿欧元继续推广 FCH JU项目，同时开展 En-Field项目，推广家用热电联产燃料电池产品 CHP。 氢能和燃料电池 我们未来的前景 .2003年 6月 阐述了欧洲面临的能源挑战及发展氢能的原因，明确提出欧洲将于 2050年过渡到氢经济，制定了欧洲实现向氢经济过渡的近期 2000 2010年 、中期 2010 2020年 和长期 2020 2050年 3个阶段及其主要的研发和示范行动计划路线图，并提出了相关对策建议 。 日本 氢能源白皮书 .2014年7月 30日 介绍了氢作为能源利用的意义、建设氢社会的政策动向、制造、运输、储存、利用等的技术发展以及现在的课题和今后的方向等。 氢燃料电池车普及促进策略 .2014年 将氢燃料、氢燃料电池车相关的 国外 技术标准引入日本国内，并将其作为国内行业标准，从而使日本制造的氢燃料电池车更易于出口海外。 新成长战略 .2014年修订 在新成长战略中， 日本政府提出以下目标包括氢燃料电池车在内的下一代环保车市场份额，将从 2013年的约 23提升至 2030年的 50～ 70。同时，为氢燃料电池车提供补贴， 2025年使其售价与混动车持平，统一标准与 国外 接轨以促进其海外销售等举措被列为重点实施项目。 实现氢社会政策建言 .2014年 提出了具体的氢燃料电池车普及目标和政策支持措施。例如每座加氢站最高补贴 2亿日元； 2017年前免费供应氢燃料；2017年前氢燃料电池车免费在高速公路上行驶；到 2020年，使氢燃料电池车年销量达到 4万辆；到 2030年，使氢燃料 电池车年销量达到 40万辆，累计销售 200万辆；到 2025年，使氢燃料电池车售价与目前的混合动力车持平（即 200万日元）； 2025年前，购买一辆氢燃料电池车补贴 200万日元等。 燃料电池汽车和加氢站2015年商业化路线图 .2009年 明确指出 2011年 -2015年开展燃料电池汽车技术验证和市场示范，随后进入商业化示范推广前期。 韩国 实施“绿色氢城市示范”项目 .2012 计划在 2012年到 2018年间投入总额达到 877亿韩元（中央政府出资 520 亿韩元，地方政府 185亿韩元，私人投资 172亿韩元）建设绿色氢城市。主要投资内容为氢气的生产和管理，燃料电池的生产等。 绿色新政 .2012 韩国还公布了一项斥资 380亿美元的“绿色新政”项目，其中许多计划都与燃料电池和氢能项目相关。目的在于，到2012年在绿色产业部门增加 600万人的就业机会并且获得全球绿色技术市场 7的份额，到 2030年要上升至 13。 首尔计划推广氢燃料电池 .2009 力争到 2020年使氢燃料电池的使用量占首尔市全部替代能 源使用量的 30。 低碳绿色增长战略 .2008 其中氢能燃料电池研发项目投资 16亿 3800万 RMB。 印度 “第十二期 RDD” 计划 主要为继续支持氢气生产、内燃发动机中氢气的存储和应用和燃料电池项目；支持质子交换膜燃料电池和固体氧化物燃料电池开发项目；支持固定式氢气发电站示范和氢燃料汽车；10 支持氢燃料汽车的示范项目 。 冰岛 生态经济 主要内容为（ 1）零排放车辆没有税；（ 2）环境友好型燃料没有燃料税 ， 只有增值税；（ 3）燃 料 卖 家 销 售 燃 料 ， 2014环境友好型燃料需要占比 3， 2016年需要占比 5。 加拿大 氢公路计划 .2004 在 2010年前，在温哥华到 2010年冬奥会主办城市威斯勒的 120公里公路上建立 5个燃料电池车的加氢站，并生产出必要数量的燃料电池车，由氢燃料电池车承担 2010年冬奥会期间机场与主办城市之间的人员运输任务。 氢能早期采用者计划 .2007 加政府投入 2.15亿加元进行“氢能早期采用者计划”，用于开发创新，包括氢能高速公路的建设 。 3.2 国外燃料 电池发展现状 1.1.1 燃料电池汽车 整车性能基本 满足商业化示范需要 燃料电池商用车的可靠性、经济性和便利性满足商业示范运行需要。在北美多个城市开展的公交客车示范表明，燃料电池客车整车、动力系统和燃料电池系统的可靠性都达到了商业化推广需求 燃料电池系统平均故障间隔里程超过 5万公里 ，燃料电池叉车、物流车等领域的示范和应用跟踪数据也表明燃料电池系统的耐久性超过 1万小时。 燃料电池乘用车的性能接近用户接受的水平。丰田公司的 Mirai燃料电池汽车，完成单次氢燃料补给仅需约 3分钟，续驶里程达到650公里，完全能够满足平常的行车需求。 2015年在全球量产车用最佳发动机评选中首次出现了燃 料电池发动机，标志着这一新技术商业化的开始。 1.1.2 燃料电池电堆技术基本满足车用要求 燃料电池功率密度不断提高 ，能够满足车辆动力性要求 。 丰田、本田、现代推出了量产版的燃料电池汽车， 国外 主流汽车厂持续关注11 燃料电池汽车，多家车企推出量产计划。丰田 2014年 12月 15日在日本发布了量产版燃料电池汽车，命名为 Mirai。该 车采用 70MPa高压储氢瓶， 3分钟加氢，续驶里程 650km，可在零下 37正常启动。本田 2016年 3月推出量产版燃料电池汽车 CLARITY FUEL CELL。该车采用本田自制的 100 kW燃料电池系统 ，电堆功率密度 3.1 kW/L，采用 70 MPa高压储氢瓶， 3分钟加氢，续驶里程 700km。 现代汽车公司将推出 ix35燃料电池车，新车已在韩国蔚山的现代工厂投入生产， 2015年之前 1000辆。该车采用现代自制 100kW燃料电池系统， 70MPa高压储氢瓶，续驶里程 694 km。 奔驰、日野推出了燃料电池客车， 国外 上燃料电池客车示范项目持续进行，推进燃料电池客车产业化发展。日野燃料电池客车关键零部件借用 Mirai燃料电池汽车，实现燃料电池电堆、高压储氢瓶、电机与量产汽车通用。采用 2个 114 kW燃料电池系统， 8个 60 L， 70 MPa储氢瓶， 2个 110 kW电机。 3.2.1 氢能基础设施与车辆同步实施，超前部署满足商业化发展需要 12 世界各国纷纷制定了各自的加氢站建设规划，以配合燃料电池电动汽车的推广应用。日本在名古屋、东京、大阪和福冈四个城市之间建造 100座加氢站，在 2025年前扩大到 1000个 ， 到 2030年计划建成覆盖全国的加氢站 ， 数量达到 5000个 。韩 国 到 2015年已经建设了13座加氢站，预计到 2020年建设 168座加氢站。美国计划于 2017年建成至少 84座加氢站，达到单站日产 500公斤以上的氢气产量。 表 2 各国加氢站数量 日本 美国 英国 韩国 加拿大 法国 中国 印度 数量 83 67 14 12 7 7 5 3 4 国内燃料电池汽车发展概况 4.1 国内 政策 发展 我国新能源汽车产业发展规划中明确提出发展包括纯电动汽车、插电式混合动力汽车及燃料电池汽车在内的新能源汽车，但从国内情况来看，目前新能源汽车的发展更加偏重于纯电动汽车和插电式混合动力汽车，而氢燃料电池车基本处于配角地位。自 2014年以来，我国密集颁布了一系列政策措施，彰显出国家发展氢能与燃料电池产业的决心，总体来看，政策扶持产业发展的趋势愈加明显。 表 3国内氢能源政策情况 序号 政策名称 涉及氢能源的内容 1 中国制造 2025 .2015 继续支持电动汽车、燃料电池汽车发展，掌握汽车低碳化、信息化、智能化核心技术，提升动力电池、驱动电机、高效内燃机、先进变速器、轻量化材料、智能控制等核心技术的工程化和产业化能力，形成从关键零部件到整车的完整工业体系和创新体系，推动自主品牌节能与新能源汽车同 国外 先进水平接轨。 2 2016-2020年新能源汽车 燃料电池汽车补贴不实行退坡乘用车 20万 /辆，轻型客车货车13 推广应用财政支持政策方案 .2015 30万 /辆 ，大中型客车和中重型货车 50万 /辆。 3 国家重点研发计划新能源汽车重点专项实施方案征求意见稿 .2015 燃料电池汽车技术取得突破，达到产业化要求，实现千辆级市场规模。 4 关于加快推进新能源汽车在交通运输行业推广应用的实施意见的通知 .2015 积极推广应用燃料电池汽车。 5 能源发展战略行动计划（ 2014-2020年） .2014 “氢能与燃料电池”作为能源科技创新战略方向。 6 关于新能源汽车充电设施建设奖励的通知 .2014 对符合国家技术标准且日加氢能力不少于 200公斤的新建燃料电池汽车加氢站每个站奖励 400万元。 7 产业结构调整目录（ 2014版） 储氢材料被列入鼓励类。 8 节能与新能源汽车产业发展规划 .2012 新能源汽车主要包括纯电动汽车、插电式混合动力汽车及燃料电池汽车。 燃料电池汽车、车用氢能源产业与 国外 同步发展。 开展燃料电池电堆、发动机及其关键材料核心技术研究。 重点开展纯电动乘用车、插电式混合动力乘用车、混合动力商用车、燃料电池汽车等关键核心技术研发。 继续开展燃料电池汽车运行示范，提高燃料电池系统的可靠性和耐久性，带动氢的制备、储运和加注技术发展。 9 当前优先发展的高技术产业化重点领域指南（ 2011年度） .201 氢开发与利用 。高 效 天 然 气 制 氢 、化 工 、冶 金 副 产 煤 气 制 氢 ，低能耗电解水制氢，生物质制氢、微生物制氢技术，高压容器贮氢、金属贮氢、化合物贮氢技术，氢加注设备和加氢站技术，超高纯度氢的制备技术，氢燃料发动机与发电系统技术。 10 关于加快培育和发展战略性新兴产业的决定 .2010 开展燃料电池汽车相关前沿技术研发，大力推进高能效、低排放节 能汽车发展。 11 国家中长期科学和技术发展规划纲要206-2020年 .206 氢能及燃料电池技术重点研究高效低成本的化石能源和可再生能源制氢技术，经济高效氢储存和输配技术，燃料电池基础关键部件制备和电堆集成技术，燃料电池发电及车用动力系统集成技术，形成氢能和燃料电池技术规范与标准。 4.2 国内燃料电池 发展 现状 4.2.1 氢能研发起步早，体系不完善 我国对氢能的研究与开发可追溯到 20世纪 60年代。 2000年科技部启动 973基础研究项目，内容为氢能的规模制备、储运和燃料电池的相关研究，该项目针对氢能领域的若干科学命题和核心技术开展14 基础性研究。 2001-2005年，国家科技部 863电动汽车重大专项设立课题，以期在燃料电池、燃料电池发动机以及整车系统方面形成一套拥有自主知识产权的核心技术，最终开发成功燃料电池公交车和燃料电池轿车。 目前我国已经形成从基础研究到示范演示的全方位格局，初步形成一支由高等院校、科研院所、石油化工及汽车工业等部门为主的从事氢能研究、开发和应用的专业队伍。 我国燃料电池汽车产业链的研发体系以大学为主 ， 清 华大学 、 同济大学以及大连化学物理研究所承担大量的研发工作 ， 而燃料电池汽车的生产体系建设 较 为缓慢 ， 只有上汽集团参与相关建设工作 。 2012年，清华大学、同济大学、中科院大连物理化学研究所、上汽、一汽等发起成立中国燃料电池汽车技术创新战略联盟。国内燃料电池研发与生产体系仍需要不断的完善，才能更好的推动我国氢能源产业快速发展。 4.2.2 技术突破，但 关键技术落后 经过多年努力，我国在氢能和燃料电池技术领域取得了较大进展。在氢制备、储运等技术领域，我国的制氢工业以引进技术为主，技术相对成熟，与发达国家的差距不大；在燃料电池技术 领域，我国已经掌握了诸如电催化剂、质子交换膜、双极板材料等关键技术，与 国外先进水平保持同步，但在关键零部件规模生产和电堆批量组装及相关性能指标，我国还落后于世界先进国家。 4.2.3 产业整体处于研发示范阶段 目前我国已经自行设计、制造、实验了多种不同型号的燃料电池15 样车。研制的燃料电池发动机和汽车亦在 2008年北京奥运会和 2010年上海世博会进行示范运行，均取得圆满成功。上汽 也于 2013年举办 实现燃料电池汽车中国万里行活动 ， 充分验证了燃料电池汽车的环境适应性。 但与美欧日等西方发达国家相比 ， 我国在氢能与燃料电池产业化和 商业化进程方面滞后 。 国外 燃料电池产业链 各环节均已实现产业化，但国内的产业化程度还很低，且研发主体基本 多为高校、可研机构和中小企业，商业化产品寥寥无几。总体来看，我国 与 国外 水平差距明显 ， 基本停留在技术示范阶段 。 4.2.4 核心专利少，创新能力不足 在氢能与燃料电池专利技术上 ， 我国与美日德存在较大差距 。从全球优先权专利申请来看，燃料电池汽车专利技术主要集中在日本、韩国、美国和德国。其中，日本优先权专利数量达到 10454个专利族，占 71， 各大关键技术均处于绝对领先地位。此后依次是韩国（ 1225）、美国（ 1089）与 德 国（ 949）， 差 别 不 大 ， 中 国 （ 317）以 2排名第五。 我 国氢燃料电池技术和产业基础薄弱，资金和技术力量投入不足，参与机构数量较少，导致我国氢燃料电池技术创新能力不足。“十二五”期间，科技部预算计划投入 2亿多元用于燃料电池汽车研发，但与发达国家数亿美元的投入相比略显不足。 4.2.5 加氢站技术成熟但建设滞后 加氢站 建设 方面，我国的 35MPa加氢站技术已趋于成熟，加氢站的设计、建设以及三大关键设备如 45MPa大容积储氢罐、 35MPa加氢16 机和 45MPa隔膜式压缩机均已实现国产化。目前，我国已经开始主攻70MPa加氢站技术 。截 止 2016年 7月，我国 运行的加氢站共有 5座，分别位于北京、上海、佛山、大连和郑州，加氢站建设较为滞后。 4.3 国 内 燃料电池与氢能的 建设 成绩 近年来，我国在燃料电池方面的投入也不断加大，经过三个“五年规划”及“ 863”等科技项目攻关，基本建立起具有自主知识产权的燃料电池轿车与燃料电池城市客车动力系统技术平台，也初步形成了燃料电池发动机、动力电池、 DC/DC变换器、驱动电机、供氢系统等关键零部件的配套研发体系。 我国燃料电池汽车正处于商业化示范运行考核与应用的阶段，已在北京奥运燃料电池汽车规模示范、上海世博燃料电池汽车规模示范、 UNDP燃料电池城市客车示范以及“十城千辆 ”、 广 州 亚 运 会 、 深 圳 大 运 会 等 示 范 应 用 中 取 得 了 相 对 良 好 的社会效益。 4.3.1 燃料电池汽车 基于燃料电池轿车和客车动力系统技术平台， 目前已 开发出 3款燃料电池客车、 5款燃料电池轿车 ，已 具备 开发 百辆级燃料电池汽车动力系统平台与整车生产能力 以及 进入 国外 市场的竞争力。 成功 在北京奥运会 、 上海世博会 、全 球 环 境 基 金 与 联 合 国 发 展 计 划 署 GEF/UNDP共同支持的燃料电池城市客车商业化示范 区 、新 加 坡 青 奥 会 、美 国 加州等活动和区域 进行了示范运行。 燃料电池轿车最高车速达 150km/h， 0100km/h的加速时间 14秒，一次加氢续驶里程 300km，氢气消耗 0.912kg/100km。动力系统平台17 应用于 “ 上海牌 ” 、 “ 帕萨特 ” 、 “ 奔腾 ” 、 “ 志翔 ” 、 “ 东方之子 ”等车型 ，先 后 完 成 了 2008年北京奥运会、 2009年美国加州、 2010年上海世博会和广州亚运会等示范和运行。 表 4 燃料 电池轿车指标完成情况 指标类型 预期指标 指标完成情况（平台） 动力性 最高车速 150 153 加速时间 17 12.5 最大爬坡度 20 20 经济性 氢燃料消耗率 kg/10km ≤1.3 1.164 续驶里程（ km） ＞ 400 323 环境适应性，℃ -10∼45 -10℃冷启动 噪声 /加速行驶车外噪声 70 69.5dB 可靠性 /主要部件平均故障间隔里程 ≥4000 ≥4086km 所开发的燃料电池客车动力系统平台应用在福田、苏州金龙，上汽申沃等客车上，先后参加了 2008年北京奥运会、 2010年上海世博会 、 2010年新加坡首届青年奥运会等示范，还成功参加了北京公交为期一年的道路载客运行，验证了燃 料电池客车的动力性、经济性和可靠性， 车辆 百公里 氢气消耗率为 8.5kg。 表 5 燃料 电池轿车指标完成情况 指标类型 预期指标 指标完成情况 动力性 最高车速 ≥80 92 加速时间 ≤250-50km/h 15 最大爬坡度 ≥18 18 经济性 氢燃料消耗率kg/10km ＜ 8.5 7.98 续驶里程（ km） ＞ 300 313 环境适应性，℃ -10∼45 满足要求 18 噪声 /加速行驶车外噪声 75.2 可靠性 /主要部件平均故障间隔里程 ≥2500 3331.7 2016年 9月 ， 全国首条氢能源城市公交车示范线路正式开通，由 上海重塑能源 科技 和 佛山 飞驰客车 共同 研制的 12台 燃料电池大巴车正式投入运营 。 4.3.2 燃料电池车用动力总成 我国已经攻克了 车用燃料电池动力系统集成、控制和适配等关键难点，形成了燃料电池系统、动力电池、 DC/DC变换器、驱动电机、储氢与供氢系统等关键零部件配套研发体系，实现了综合技术的跨越，总体技术接近 国外 先进水平。 以同济 大学新能源汽车工程中心为主的燃料电池轿车动力系统研发团队和以 清华 大学 汽车 安全与节能国家重点实验室 为 主的燃料电池客车动力系统 研发团队 在车用燃料电池动力系统平台技术方面取得 重要进展。 轿车动力系统技术平台采用燃料电池 -动力电池混合驱动的构型方案，形成了千套级燃料电池轿车动力系统平台的集成能力。 燃料电池客车形成的燃料电池 -动力电池动力系统技术平台，攻克了制动能量回收、蓄电池系统热电管理技术、双燃料电池堆独立运19 行等瓶颈技术，建立了碰撞 -氢 -电等多因素构成的新的汽车安全技术体系，完成了 国 内 第一例客车用氢 -电系统的 整 车碰撞试验。 图 1上海 世博燃料电池客车与燃料电池轿车 由广东国鸿氢能科技有限公司与佛山飞驰汽车制造有限公司、加拿大巴拉德公司、重塑科技共同研制 的 大巴车。具有自主知识产权；车长 11米，载客 78人，续驶里程可达到 400公里以上。 4.3.3 燃料电池系统 我国 在 车用燃料电池 系统 技术 方面， 初步掌握了燃料电池 的 材料、部件及电堆的关键技术，基本建立了具有自主知识产权的车用燃料电池技术平台。 我国车用燃料电池电堆的功率密度已达 2.0kW/L，掌 握了 -20oC低温启动技术，燃料电池轿车道路工况运行寿命超过 3000h。 国内从事车用燃料电池技术 研究 的 机构包括大连化学物理研究所、武汉理工大学、清华大学、上海交通大学、同济大学、中南大学等 诸多高校和科研院所 ，经 过 国 家 科 技 计 划 的 支 持 ，在 车 用 燃 料 电 池关键材料、部件及电堆 研究 等方面都取得了明显的进展，从发表的研20 究结果来看，在催化剂、炭纸、膜电极和双极板的关键技术指标接近国外 先进水平。 国内从事车用燃料电池系统产品开发的单位主要有新源动力股份有限公司、上海神力科技有限公司、武汉理工新能源有限公司。质子交换膜、催化剂、炭纸、膜电极和双极板的关键技术指标接近 国外先进水平，但是从这些技术和材料在燃料电池汽车开发中的应用效 果来看，存在着技术开发不充分、产品实现方面能力不足、缺乏批量生产能力等问题。在 产业层面 上 ，我 国 还 不 具 备 完 整 的 燃 料 电 池 电 堆 产业链，燃料电池关键材料主要依赖进口，从事燃料电池电堆相关业务的企业数量少、投入小，技术开发和制造能力与 国外 先进水平差距比较明显 。 4.3.4 氢气基础设施 我国已具备设计建设 70MPa加氢站的能力（包括固定站和移动站），关键设备国产化取得重大进展，相关标准法规也在逐步完善中 。目前国内运行的加氢站有 5座，分别位于北京，上海、 佛山 .大连和郑州。北京加氢站具备 站外供氢、站内天然气重整制氢和站内电解水制氢三种供氢方式，加注压力为 35MPa；上 海 加 氢 站 采 用 外 供 氢 方 式 ，以上海地区的工业副产氢气为气源 ，加注压力 70MPa。 从氢能的来源方面，目前我国存在的焦炉气和工业副产气中含有大量的氢，同时可再生能源，如弃风弃电 弃水，也可以作为 制取 氢气的来源。 21 5 国内外燃料电池汽车技术水平现状与差距对比 总体来看，国外整车企业已在 2015年进入量产阶段；而在中国，燃料电池汽车还处于性能改进和小规模示范阶段。 5.1 燃料电池轿车 我国燃料电池轿车在动力性、续驶里程等基本性能指标方面与国外的车型 基本相当，最高车速基本都在 150～ 170 km/h上下，百公里加速时间也基本在 10～ 15 s左右。但由于国外开始采用 70MPa车载储氢系统，一次加注的续驶里程大大提高。从动力系统的基本配置来看，最大的差别在于燃料电池发动机的功率输出能力与电机的转矩输出能力上。其中国外燃料电池发动机的功率输出能力基本在 80～ 100 kW，比国内的 55kW高出很多，而且具有很高的质量比功率和体积比功率指标。同等功率输出能力的电机具有更高转矩输出能力，约比国内高 50～ 80Nm，比例达到 25～ 40。 表 6-1国内外研究进展 丰田 现代 通用 日产 奔驰 上汽 车重 1850kg 2290kg 1800kg 1860kg 1718kg 1833kg 最高车速 175km/h 160km/h 160km/h 150km/h 170km/h 150km/h 0100km/h加速时间 9.6s 12.6s 12s 14s 11.3s 15s PCE功率 114kw 100kw 92kw 90kw 100kw 40kw PCE体积 /重量 37L/56kg 60L 130kg 34L/43kg 不详 54L/74kg PCE低温启动性能 -30℃ -30℃ -30℃ -30℃ -25℃ -20℃ PCE铂用量 20g 40g 30g 40g 20g 不详 PCE耐久性 5000h 5000h 5500h - 5000h 2000h 22 氢系统参数 122.4L， 5kg 144L， 5.6kg 4.2kg 电机参数 113kw，335Nm 100kw，300Nm 94kw， 320Nm 90kw，280Nm 100kw，290Nm 90kw 300Nm 电池参数 1.6kwh镍氢电池 24kw锂离子电池 1.8kwh， 35kW镍氢电池 不详 9kwh 11kWh 续驶里程 650km 594km 320km 500km 500km 400km 5.2 燃料电池客车 我国燃料电池城市客车在加速时间、最高车速等动力性指标方面与国外的车型基本相当，最高车速 80km/h居多， 0～ 50 km/h 加速时间在 20s左右。续驶里程适中，一般在 250～ 400 km 之间，氢耗指标有一定优势，储氢瓶的最高压力均为 35 MPa。 表 6-2国内外研究进展 客车厂家 美国 Van Hol 美国 New Flyer 德国戴姆勒奔驰 日本丰田和日野 宇通客车 佛山飞驰 燃料电池功率 120kw 150kw 2 60kw 2 114kw 30kw/60kw 88kW 燃料电池厂家 US FuelCel Balard HD6 AFC Toyota 亿华通 上海重塑 动力电池的容量或功率 17.4kwh，锂 离子（ EnerDel） 47kwh，锂 离 子（ Valence） 26kwh，锂 离 子（ A123） 2 1.6kwh 2个轿车用的镍氢电池模块 64.5kWh，锂离子 50kWh， 电机功率或转矩 2 85kw Slemens ELFA 2 85kw Slemens ELFA 2 80kw Whel Hub 2 110kw 2个轿车电机 100kW 90kW 氢气气瓶 350bar， 8个 350bar， 8个 350bar， 7个 700bar， 8个 350bar， 8个 350bar， 8个 氢气量 40kg 56kg 35kg 480升， 18kg 8*150L， 25kg 25kg 耐久性 18000h 8000h 12000h 未公开 未公开 （ 4000h） 10000h 续驶里程 300英里 300英里 250km 未公开 600km 400km 整车成本 2milion＄ 2milion＄ 2.2milion＄ 未公开 未公开 300m RMB 5.3 关键材料 在燃料电池关键材料，如催化剂，质子交换膜、膜电极（ membrane eletrode assembly MEA等方面，中国与国外水平相比仍存在较大差23 距，造成中国与发达国家技术上这些差距的原因主要分析如下 1）关键材料未实现国产化。上述关键材料如电催化剂、质子交换膜、炭纸大都采用进口材料，且多数为 国外 垄断，价格极高；尽管在“ 十 一 五 规划”中国产替代材料如催化剂、膜、炭纸等取得了可喜成就，然而，由于尚未形成批量生产能力，或者产品质量不够稳定。 2）部件制备技术落后。由于缺少先进制备技术与设备，使得一些主要部件如双极板、 MEA等制造质量得不到保障，一致性较差。 3）系统耐久性与可靠性有待提高。国内对电堆耐久性的研究不足，对系统优化提升电堆性能与寿命缺乏深刻的认识，造成了辅助系统匹配与控制策略研究过程中思路简单，甚至盲目。 5.4 燃料电池附件系统对标 在燃料电池附件系统方面，中国与 国外 先进水平相比差距很大，基本没有成熟产品 。 表 6-3国内外研究进展 国外 现状与水平 中国现状与水平 压缩机 21世纪初，美国开始在政府支持下开发燃料电池专用压缩机。美国能源部支持了 AD Litle Inc.、Honeywel、 VAIREX Corporation、 Mechanology, LL 等企业；瑞典的 OpconAutorotor AB 对多种压缩机进行比较开发。典型的是 Honeywel的离心式 压缩机和 Opcon的双螺杆压缩机，二者已经达到产品的要求，在多款燃料电池系统中进行了长时间的运行。 广东广顺的一家企业在进行燃料电池专用离心式压缩机的开发，目前处于开发设计的初期阶段；而且没有将电机及其控制器进行集成设计和优化的能力，可靠性和耐久性得不到保证。 加湿器 主流技术是 Gas-to-Gas加湿器。已有多厂家开发出加湿器形成产品。能够满足备用电源到燃料电池公交车用的加湿需要。美国的 Perma-Pure 生产的管式加湿器、加拿大 Dipont 生产的板式加湿器、德国 Man-Humel生产的板式和管式加湿器和德国 Freudenberg FCCT生产的管式加尚无相应的零部件开发商开发此类产品，基本上是采购国外的产品。一些研究单位开展了基础研究；在如何小型化或取消增湿器方面，缺少系统优化的经验和能力。 24 湿器等；丰田等企业采用先进系统设计，取消了加湿器，提高低温冷启动性能。 氢循环装置 美国 Park 公司开发出氢气循环泵，可用于不同的燃料电池汽车，美国 Argone国家实验室，开发了氢气引射装置 E-jector以及与氢循环泵混合循环系统，各大汽车公司也开发相应的氢气循环 装置，并用于燃料电池发动机。 尚没有见过有厂家进行过类似产品的研发。一些研究单位开展了基础研究。缺少大流量的氢气再循环泵及其 驱动电机。 DC/DC 丰田已经将 DC/DC 与燃料电池直接集成在一起，作为燃料电池系统的一个执行器，提高了系统集成度。 尚没有专门从事针对燃料电池DC/DC研发的厂家，针对燃料电池的特殊控制和保护逻辑尚不清楚。 5.5 国内燃料电池汽车存在问题 目前制约 中国 燃料电池汽车发展的瓶颈 包 括贵金属成本及中毒问题、燃料电池稳定性问题、氢供给难题等技术性制约因素。 燃料电池耐久性问题。以车用燃料电池的基本要求为例，轿车用燃料电池系统的运行寿命必须达到 3000～ 5000h。国 内 相 关 企 业 氢 燃料电池的稳定寿命还在 3000小时左右，而 国外 先进技术已经可以达到 5000小时以上。 关键材料和核心零部件薄弱。我国燃料电池关键材料和部件基础比较薄弱，如燃料电池用电催化剂、质子交换膜、炭纸等关键材料的开发多停留于实验室和样品阶段，空气压缩机和氢气回流泵等关键部件没有产品供应，严重影响到我国车用燃料电池电堆技术的开发进程。 氢气储存问题。我国使用的压力为 35MPa的碳纤维缠绕金属内胆气瓶 （Ⅲ）的储氢密度为 3.9，通过提高压力到 70MPa可达到 5；而采用碳纤维缠绕 塑料 内胆 气瓶 Ⅳ 储氢 密度可以进一步提高到5.5。我国 在 IV瓶方面尚没有技术 ，在 70MPa的 Ⅲ 瓶