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國內(nèi)外燃料電池汽車技術(shù)水平現(xiàn)狀與 差距對比

更新日期: 2018-04-09
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總體來看,國外整車企業(yè)已在2015 年進入量產(chǎn)階段;而在中國,燃料電池汽車還處于性能改進和小規(guī)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(xù)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(tǒng),一次加注的續(xù)駛里程大大提高。從動力系統(tǒng)的基本配置來看,zui大的差別在于燃料電池發(fā)動機的功率輸出能力與電機的轉(zhuǎn)矩輸出能力上。其中國外燃料電池發(fā)動機的功率輸出能力基本在80100kW,比國內(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。同等功率輸出能力的電機具有更高轉(zhuǎn)矩輸出能力,約比國內(nèi)高5080Nm,比例達到25%40%

                    表1 國內(nèi)外研究進展

 豐田現(xiàn)代通用日產(chǎn)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(tǒng)參數(shù)122.4L,5kg144L,5.6kg4.2kg   
電機參數(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

 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(xù)駛里程適中,一般在250400 km 之間,氫耗指標有一定優(yōu)勢,儲氫瓶的zui高壓力均為35 MPa。

       表 2 國內(nèi)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(zhuǎn)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(xù)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(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,中國與國外水平相比仍存在較大差距,造成中國與發(fā)達國家技術(shù)上這些差距的原因主要分析如下:

1)關(guān)鍵材料未實現(xiàn)國產(chǎn)化。上述關(guān)鍵材料如電催化劑、質(zhì)子交換膜、炭紙大都采用進口材料,且多數(shù)為國外壟斷,價格*;盡管在“十一五規(guī)劃”中國產(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。國內(nèi)對電堆耐久性的研究不足,對系統(tǒng)優(yōu)化提升電堆性能與壽命缺乏深刻的認識,造成了輔助系統(tǒng)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(tǒng)對標

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

                  表 3 國內(nèi)外研究進展

 國外現(xiàn)狀與水平中國現(xiàn)狀與水平
壓縮機21 世紀初,美國開始在政府支持下開發(fā)燃料電池廣東廣順的一家企業(yè)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(fā),目
 Honeywell、VAIREX Corporation、Mechanology,前處于開發(fā)設(shè)計的初期階段;而且
 LL 等企業(yè);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(fā)。典型的是Honeywell 的離設(shè)計和優(yōu)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(jīng)達到 
 產(chǎn)品的要求,在多款燃料電池系統(tǒng)中進行了長時 
 間的運行。 
加濕器主流技術(shù)是Gas-to-Gas 加濕器。已有多廠家開尚無相應(yīng)的零部件開發(fā)商開發(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產(chǎn)品,基本上是采購國外的產(chǎn)
 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(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Mann-Hummel 生產(chǎn)的板式和管式面,缺少系統(tǒng)優(yōu)化的經(jīng)驗和能力。
 加濕器和德國Freudenberg FCCT 生產(chǎn)的管式加 
 濕器等;豐田等企業(yè)采用先進系統(tǒng)設(shè)計,取消了 
 加濕器,提高低溫冷啟動性能。 
氫循環(huán)裝置美國Park 公司開發(fā)出氫氣循環(huán)泵,可用于不同尚沒有見過有廠家進行過類似產(chǎn)
 的燃料電池汽車,美國Argonne 國家實驗室,開品的研發(fā)。一些研究單位開展了基
 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),各大汽車公司也開發(fā)相應(yīng)的氫氣循泵及其驅(qū)動電機。
 環(huán)。 
 裝置,并用于燃料電池發(fā)動機。 
DC/DC豐田已經(jīng)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(tǒng)的一個執(zhí)行器,提高了系DC/DC 研發(fā)的廠家,針對燃料電
 統(tǒng)集成度。池的特殊控制和保護邏輯尚不清
  楚。

 

5 國內(nèi)燃料電池汽車存在問題

 目前制約中國燃料電池汽車發(fā)展的瓶頸包括貴金屬成本及中毒問題、燃料電池穩(wěn)定性問題、氫供給難題等技術(shù)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(tǒng)的運行壽命必須達到30005000h。國內(nèi)相關(guān)企業(yè)氫燃料電池的穩(wěn)定壽命還在3000 小時左右,而*技術(shù)已經(jīng)可以達到5000 小時以上。

 關(guān)鍵材料和核心零部件薄弱。我國燃料電池關(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)鍵材料的開發(fā)多停留于實驗室和樣品階段,空氣壓縮機和氫氣回泵等關(guān)鍵部件沒有產(chǎn)品供應(yīng),嚴重影響到我國車用燃料電池電堆技術(shù)的開發(fā)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(nèi)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(nèi)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(shù),在70MPa 的Ⅲ瓶方面僅有研發(fā)成果,沒有產(chǎn)品。另外,目前正在探討和研發(fā)的另外一條路徑是有機液態(tài)儲氫值得重視,國內(nèi)有一定的研究基礎(chǔ),但缺乏示范考核。

 我國燃料電池材料與關(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)動機等關(guān)鍵零部件方面,基本沒有成熟產(chǎn)品,產(chǎn)業(yè)鏈配套體系很不完善;燃料電池發(fā)動機的耐久性方面,我國僅為幾千小時,國外上已實現(xiàn)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(fā)動機的功率密度明顯低;燃料電池客車的混合動力系統(tǒng)

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