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国内燃料电池汽车发展概况

发布日期: 2018-04-09
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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1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、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 年新能源汽车推广应用财政支持政策方案》.2015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)》.2011氢开发与利用。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(2006-2020年)》.2006氢能及燃料电池技术:重点研究低成本的化石能源和可再生能源制氢技术,经济氢储存和输配技术,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。
  

 2 国内燃料电池发展现状 

 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,zui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。

 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。

 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。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。

 2.4 核心少,创新能力不足
在氢能与燃料电池技术上,我国与美日德存在较大差距。从全球优先权申请来看,燃料电池汽车技术主要集中在日本、韩国、美国和德国。其中,日本优先权数量达到10454 个族,占 71%,各大关键技术均处于地位。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。

 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。

 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。

 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zui高车速达150km/h,0~100km/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2 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zui高车速150153
加速时间1712.5
zui大爬坡度2020
经济性氢燃料消耗率(kg/100km)≤1.31.164
续驶里程(km)>400323
环境适应性,℃-10∼45-10℃冷启动
噪声/加速行驶车外噪声7069.5dB
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3 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zui高车速≥8092
加速时间≤25(0-50km/h)15
zui大爬坡度≥1818
经济性氢燃料消耗率(kg/100km)<8.57.98
续驶里程(km)>300313
环境适应性,℃-10∼45满足要求
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≥25003331.7

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。

 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*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

 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。

 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。

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