北京氢能产业大会-李建秋！燃料电池商用车发展现状与趋势

2019年3月28日，北京氢能产业大会暨京津冀氢能产业发展高峰论坛在北京成功举办。

工业和信息化部、国家能源局、交通运输部、科技部等部委领导，北京市经济和信息化局、北京市科委、中关村科委领导科技园管委会、专家及氢能产业领域重点领域、行业组织、央企、龙头企业代表出席会议。

　　清华大学李建秋教授作报告。

以下为内容摘要： 　　现在我代表我们团队就燃料电池商用车的发展现状和趋势做一个报告。

　　我想从以下三个方面进行汇报。

首先，第一点是车辆运输行业的技术变革和发展趋势。

　　我们都知道，人类的发展进程与出行方式密切相关。

从数百万年前的直立行走，到数千年前使用牲畜作为交通工具，人类的出行范围不断扩大。

许多年前，内燃机汽车将我们人类带入了汽车时代。

那么大概10年前的汽车新的技术变革，加速了我们整个交通运输行业的发展。

　　所以实际上我们在这里是因为汽车行业的影响力非常重要。

是我国交通强国的核心建设组成部分。

汽车产业技术变革影响千亿人次出行质量、亿万人生产生活供给、数千万人就业。

也不断完善重大民生工程，所以这个产业非常重要。

　　当然，另一个方面也是我国能源安全的重要途径，其中包括能源安全和能源转型。

这里你可以看到近48%的石油是通过公路运输消耗的，所以对于这个其实随着整个行业的发展，我们现在的汽车现代化正在重构我们整个汽车产业链、价值链、创新链。

大家可以看到，从去年到现在，我们整个新能源智能汽车的发展是非常快的。

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当然，这也对我们的人才培养提出了非常重要的挑战。

在基础设施汽车时代，我们主要关注基础设施建设，但在智能电动汽车时代，我们从单一学科发展到多学科交叉。

你不仅要了解材料和结构，我们还需要了解能量和动力，更重要的是我们需要叠加电子电器、逻辑代码、信息和数据。

因此，车辆技术的呈现是多领域技术融合，人才培养的需要是多专业技术融合，学科建设路线需要多学科深度交叉。

　　当然，举个例子，现在车上的各种事情都不是一个学科就能完成的。

所以，在汽车技术变革的时代，我们看到对人的要求是非常高的。

　　所以我们说我们已经形成了一个以地面力学为基础，以车身结构、人机交互和控制为优化的车辆和动力系统体系。

内燃机逐渐拓展为以新能源电动化为核心的独特的汽车动力系统体系。

第一个是系统动力学，这就是电力系统。

　　在自动驾驶方面，从自行车的载人驾驶，到自行车的智能驾驶，再到排队的智能化，再到整个城市的智能交通系统，一个由人、车、路网、网络等组成的复杂的信息物理系统。

云已经形成。

这些给我们在智能交通的城市中，智能车辆的建设提供了巨大的前景，而智能驾驶的理论也非常关键。

　　我们这次会议的主题是基于氢能源的氢燃料电池汽车的发展特点和进展。

首先，我们为什么聚焦商用车，是因为汽车的纯电动已经确立，燃料电池作为长途重型商用车非常好。

商用车具有单车排放高、排放总量大的特点，这也是我国当前能源转型和交通节能减排的难点。

商用车的保有量只有百分之十，但是碳排放量却超过一半，所以我们针对这样的场景，制定了纯电动汽车和燃料电池可以互补的商用车应用场景。

纯电动汽车可用于短途和轻型车辆，而燃料电池可用于长途和重型车辆。

　　我想大家已经对国内外的发展现状做了一些研究。

让我们简单回顾一下这些。

最新的发展就像戴姆勒奔驰，提出使用两台千瓦的燃料电池发动机，加上两个液氢罐。

80公斤液氢可行驶公里里程。

动力系统本身的布局和重量是一致的。

传统燃油车基本是等价的，所以这给我们一个非常重要的启发。

这是其中的两个。

事实上，它直接在商用车上使用其轿车的燃料电池发动机。

　　嗯，我们国家已经取得了很大的进步，从燃料电池发动机到大容量35兆帕和70兆帕高压气体级别，到电驱动系统，再到我们合作的锂离子动力电池，以及车辆技术也取得了相关突破。

拥有万辆规模，具备与柴油车竞争的能力。

尤其是在制冷等一些需要消耗较多能量的车辆上，燃料电池就显示出了其优势。

因此，目前国内各商用车企业都在纷纷推广。

但如果从它的续驶里程和纵向质量来看，大部分还是在1000公里以内的续航里程，很少有超过1000公里的。

很少有车型能够行驶超过1000公里。

但我们知道，作为我国物流的主力军、工业运输的命脉，最重要的是跨省物流系统，承载着比较大的货运量，所以我们还需要在应用场景上下功夫具有长行驶里程。

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　　当然我们的团队是欧阳明高院士领衔的新能源汽车团队。

　　从2009年开始，我们花了20年的时间专注于开发好用、好用、耐用的燃料电池商用车燃料电池系统。

通过基础理论研究、关键技术开发和商业化，我们攻克了关键技术一，包括我们参与2016年两届奥运会的发布。

一开始我们是做整车，然后我们转向动力系统，然后我们做燃料电池发动机，然后我们进入电堆。

现在我们已经进入了膜电极内部的催化剂，催化剂层，包括质子膜，包括扩散层都要一步步制作到核心区域。

　　我们通过发布解决了几个问题。

首先是我们解决了低温耐久性的问题。

通过去年冬奥会的发布，我们京津冀地区大概有一辆汽车参与了冬奥会的发布。

，这也是全球最低温度释放。

通过本次发布，我们实现了燃料电池在低温下的快速启动和停止。

我们目前的液化通道发动机可以达到-40摄氏度，并在几秒钟内达到满功率。

这真太了不起了。

成就。

　　其次，解决了燃料电池运行成本高的问题。

通过我们对其氢疗法的严格控制，通过我们三年的释放，平均氢耗低于6公斤/100公里，它的氢耗已经是比较低的了。

，应该说已经达到了国际先进水平。

　　同时，我们也针对长寿命进行了一系列的研究，特别是在公交车场景下。

在保证我们燃料电池功率密度的同时，我们的使用寿命可以达到0-0小时，这距离商业化使用当然还很远。

车辆的整车寿命与0-0小时的使用寿命还有差距，还需要继续努力攻克。

　　通过这些实际应用场景，我们还建立了整个燃料电池的测试平台，以及大数据监控平台，就是我们的发动机可以像传统的内燃机，传统的电池，与传统电机电驱动系统类似，电池兼容性测试、防水测试、湿热测试、低温冷启动测试、盐雾、噪音、冲击、振动等也形成了一系列行业标准。

　　通过通过这些技术的研究，我们还带动了上下游产业链的发展，逐步将这些材料变成我们的国产体系，并通过国产化、规模化来降低成本，使得我们的单位电量成本下降了。

到80%，我们也可以相信这个成本还能继续下降60%以上。

　　通过这几年的工作，我们在环境适应性、经济性、适用性、量产性等方面都取得了突破。

但坦白说，我们与世界第一阵营还有很大差距。

我们还需要继续努力，特别是在上游基础材料领域，在催化剂和质子膜方面。

比如我们国家的膜现在可以做12微米，但是耐用性还有差距。

跑步时很容易被刺伤。

ETPFE补强层的厚度和抗拉强度与歌尔等国际相同。

我们在好的膜方面还有差距，我们还在继续在这方面努力。

　　以下报告第三部分氢燃料电池商用车未来发展趋势。

我们认为重点还是应该放在我们场景的应用上。

除了批量降低成本之外，在汽车行业，只有低成本才有市场。

所谓低成本是公共约束，但关键技术我们正在突破。

从方面来看，一是突破使用寿命，二是突破商用车大功率燃料电池的散热场景，三是瞄准长距离重载场景商用车的发展，其大容量储氢必须有突破。

这里我们大概也列出了几个目标。

　　首先，关于系统寿命的突破，我们希望从目前的10000多小时突破到25000-30000小时。

这里的关键是改善我们的材料和操作条件。

例如，在耐久性方面的突破，我们需要进一步改进材料，以减少我们的活化和欧姆损耗，并提高燃料电池的效率。

同时，在车辆散热的突破方面，我们需要做好两件事。

一是把燃料电池发动机的工作温度从现在的80度提高到90度甚至10度。

然而，这种工作温度的升高与其膜电极的耐用性密切相关。

膜电极的工作温度越高，其耐久性就会降低。

但另一方面，我们的商用车对于耐用性的要求非常高。

对此，我们需要从材料的角度进行突破。

　　第二，要在整车的能耗和散热上下功夫。

我们可以用传统的膜电极来解决这个问题吗？我们需要对这些方面进行研究。

比如膜电极内部的最高温度点在哪里，如何设计其流产来控制最高温度点并实现温度一致性，这方面有研究。

　　第二，比如我们需要通过高电压，但是工作电压越高，发电效率越高，散热也越小。

但发电电压过高会影响耐用性。

如何实现高效、耐用？在它们之间实现平衡和妥协是我们现在需要解决的一个问题。

　　第三，我们希望堆栈的工作点需要调整。

最初，我们的工作点设置为0.65伏作为额定点。

现在我们将其提高到 0.75 和 0.8 伏。

通过这个，我们可以提高工作效率并减少热量的产生。

　　整车方面我们也有一系列的措施，比如减少迎风面积，降低它的滚动阻力系数等等，我们有一系列的措施。

当然，我们也可以采用智能化措施。

这张图显示，我们通过改进驱动系统，增加迎风面积，可以节省30%以上的能源，从千瓦到千瓦。

再进一步，通过智能编队行驶，通过降低整车的排队成本，还可以降低能耗25%左右，将我们自行车的能耗降低到6.8公斤。

在平均时速100公里的情况下，这也是一个非常重要的特点。

　　通过这些技术，我们未来的商用车将会有一个很大的提升。

这些改进是其百公里氢耗将降低至7-8公斤。

这样一来，其成本就可以与传统燃油车进行比较。

相当。

　　最后，我们报告一下车载储氢方面的突破。

我们的目标是商用车是生产工具，必须非常节能，所以在这方面我们希望花3万元建设一个储存80公斤氢气的系统。

这个系统我们会采用什么样的技术路线？目前只有液氢能达到这样的成本。

首先，我们还演示了气态氢和液态氢之间的不同气压。

比如我们可以看到，这是气氢发展的一个重要方向。

其储存和运输成本相对较低。

对于液氢来说，氢的制备和液化方面的能耗在箭头所指的方向上略高，但总体而言其最终的终端加速成本仍然较低。

我国液氢标准体系尚不完善。

下午我们将有一个专门的液氢论坛来讨论这些问题。

　　液氢的优点是，与高压相比，它的安全性是最好的。

所以目前以我们的液氢、气态氢为例，一个储氢量为60公斤、35兆帕的储氢系统成本约为50万元。

但如果我们使用液氢，一瓶、一立方米，只需要3万到5万元，这是非常有优势的，所以我们相信未来长途车载液氢系统将具有独特的优势。

　　我们希望在国家层面参照LNG体系建立液氢全产业链的标准体系和生产制造体系。

　　所以基于这样的思考，我们也制定了未来液氢重卡或者氢能源重卡的发展规划，从电驱动系统的效率、燃料电池的额定功率和效率出发，以及液氢储存和供应系统。

根据能量密度制定了目标场景。

我们相信，通过标准和关键技术的突破，两三年后我国燃料电池商用车将呈现爆发式增长，易用性、耐用性、适用性不断提高。