李建秋:基于純電動平臺發展燃料電池技術
日期:2024-12-27 09:25:54 作者:宏力精密鋼管 閱讀數:555目前,國際上包括豐田、現代、通用、日產、奔馳都開發了相應的燃料電池轎車,這些車的最高車速、加速性能跟傳統內燃機驅動的車輛沒有什么區別,而且近幾年一輛燃料電池轎車的Pt(鉑)用量在逐步下降,已經開發出Pt用量降低至20克的車型。
一輛燃料電池汽車的技術性能基本上從六個方面評價。其中,一個關鍵的性能是加氫時間,5公斤氫氣實現3分鐘加滿。對于轎車來講,1公斤氫氣可以行駛100公里,加滿一次氫氣續航里程達到500公里,這與內燃機車相當。至于其它關鍵性能,燃料電池汽車完全可以與內燃機車PK了。
客車也一樣。國際上比較主流的幾家客車企業正在這個領域發力,在他們研制的或者示范的燃料電池客車當中,有的車型耐久性已經超過10000小時。從全球來看,燃料電池技術已經取得了階段性的突破。
目前,國際上正在進行氫基礎設施的布局和建設。氫從哪里來?有煤制氫、天然氣氫、電解水制氫等方法,制備一個標準立方米氫氣的成本大概1元錢或幾元錢,制備一公斤氫氣的成本基本上在20元至40元之間。
如果從終端用戶來講,一輛燃料電池轎車,按照100公里消耗一公斤氫氣來講,費用大概需要20元。按照2020年我國百公里油耗5升標準計算,這個費用比內燃機車便宜一半左右,但是比純電動汽車稍微貴一點。可以看出,燃料電池汽車的燃料費用介于純電動和內燃機車之間。
怎么看待燃料電池汽車和純電動汽車呢?兩者相互補充,就像人的左右腳一樣,在短續航里程時純電動有優勢,長續航里程時燃料電池有優勢。我認為,燃料電池和鋰電池的技術是相輔相成,不是相互排斥的。
從國際轉向國內,在前三個五年科技計劃的支持下,我國基本掌握了燃料電池汽車相關零部件和平臺技術,但是在規模化、標準化、一致性方面做得還不夠。一些基礎零部件,比如空壓機等差距比較大,在耐久性、功率密度、低成本方面還明顯落后,這也是現在要努力的方向。
通過對國家現狀、國際現狀以及燃料電池發展前景的分析,我預計,如果國家政策得當,未來五年,燃料電池汽車包括客車和轎車會有明顯突破。客車將進入技術示范階段,2020年前后會進入大量推廣階段。轎車稍微晚一點,現在主要還是技術攻關階段,2020年可能進入大規模產業化建設階段,2025年前后是大規模產業化生產階段。
現在有很多整車企業,包括原來不開發燃料電池的企業,都對這個產業感興趣。那么開發燃料電池發動機和開發燃料電池汽車需要做哪些準備?
以燃料電池發動機為例,首先在電化學材料領域,比如Pt催化劑、膜、炭紙三個主要材料,這三項相當于傳統內燃機的連桿和活塞,關鍵的零部件得有。
其次,金屬雙極板和氣體擴散層,這兩項相當于傳統內燃機燃燒室的設計,然后把它串聯組成堆。也可以說成內燃機里的零部件組成整個系統。
在整車方面需要三大關鍵技術。第一,純電驅動技術,包括純電動或者混合動力;第二,整車的結構安全集成技術;第三,車載氫能源和燃料電池技術。希望行業內能夠理順這個關系,從材料到單體、到發動機、到整車,要形成相應的配合關系。
當前什么類型的車具備推廣意義?也就是可以實現小規模推廣的車型。
是搭載大功率燃料電池發動機的轎車呢,還是像英國的30千瓦燃料電池出租車呢?這個問題還是要回到系統本身的構成。目前國際上純燃料電池驅動已經基本不存在了,主要類型包括以燃料電池為主的功率混合型、能量混合型以及增程型。總體而言,是以動力電池作為動力、燃料電池作為延長里程的驅動方式。
由于我國全面重點發展純電動汽車,所以應該以純電動為出發點,在純電動平臺上面通過增程器的方式發展燃料電池技術。第一,它的成本可以降低;第二,它的耐久性也可以提高。基于此,現階段我國應該發展增程式和能量混合型,下一步再發展功率混合型。但是,國家現在的補貼政策沒有區別對待這幾類燃料電池汽車,統一規定客車補貼50萬/輛、轎車補貼20萬/輛。
以北汽EV200為例,純電動汽車行駛200公里消耗電量30kwh,如果再提高10kwh的電量,相應地配置10kw~20kw的增程器,適當地選用插電式,可以降低運營成本,再加上國家補貼,這樣一來,2020年之前燃料電池轎車可以實現批量生產。
什么樣的燃料電池客車最實用?目前有12米、10米、8米客車,補貼政策基本一致,即中央補貼50萬元、地方補貼50萬元。通過分析后得出結論,8米的燃料電池如果采用插電和增程方式,成本將小于200萬元。補貼之后,如果達到批量生產,售價可以降到50萬元。
同時,燃料電池客車的運行成本低于柴油車,而且是零排放。所以在當前的技術條件和政策條件下,是可以推廣燃料電池汽車的。