2018年燃料電池動(dòng)力系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)分析

目前是2017年年底了，大家都在分析2018年中國新能源汽車技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)。而科技部《新能源汽車2018 年重點(diǎn)專項(xiàng)申報(bào)指南》已經(jīng)發(fā)布，對(duì)企業(yè)而言很有指導(dǎo)意義。下面是筆者學(xué)習(xí)《申報(bào)指南》后，對(duì)2018 度年燃料電池動(dòng)力系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)分析，分享如下。

一、中國新能源汽車重大共性關(guān)鍵技術(shù)的主攻方向

《申報(bào)指南》列出2018年中國新能源汽車技術(shù)的主攻方向是：

1）動(dòng)力電池與電池管理系統(tǒng)；

2）電機(jī)驅(qū)動(dòng)與電力；

3）電子、電動(dòng)汽車智能化；

4）燃料電池動(dòng)力系統(tǒng)；

5）插電/增程式混合動(dòng)力系統(tǒng)；

6）純電動(dòng)力系統(tǒng)。

一共是6個(gè)方向下，再細(xì)分24個(gè)研究任務(wù)。

筆者理解:

①企業(yè)與政府規(guī)劃要保持一致，企業(yè)經(jīng)營活動(dòng)（含技術(shù)攻關(guān)）要在政府的頂層設(shè)計(jì)下開展。

②企業(yè)2018年具體的新能源汽車研究（開發(fā)）項(xiàng)目必須在6個(gè)方向下、24個(gè)研究任務(wù)之中;

③企業(yè)具體技術(shù)研究和開發(fā)項(xiàng)目，理應(yīng)與中央政府政府年度計(jì)劃技術(shù)攻關(guān)項(xiàng)目對(duì)應(yīng)起來。

二、2018年燃料電池動(dòng)力系統(tǒng)研究任務(wù)

燃料電池動(dòng)力系統(tǒng)研究任務(wù)有技術(shù)攻關(guān)是4個(gè)，示范應(yīng)用是1個(gè)。

1）全功率轎車燃料電池動(dòng)力系統(tǒng)平臺(tái)及整車集成技術(shù)

（1）研究內(nèi)容：

突破基于大功率燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)的整車動(dòng)力系統(tǒng)集成技術(shù)；掌握整車能量管理、能耗優(yōu)化、動(dòng)態(tài)響應(yīng)、整車熱平衡、故障診斷與容錯(cuò)控制等關(guān)鍵集成技術(shù)；突破 70MPa 車載高壓供氫及氫-電安全技術(shù)；掌握動(dòng)力系統(tǒng)關(guān)鍵零部件選型方法，掌握其設(shè)計(jì)過程、生產(chǎn)工藝及流程；建立燃料電池汽車動(dòng)力系統(tǒng)及關(guān)鍵零部件的優(yōu)化匹配測(cè)試、集成測(cè)試及試驗(yàn)驗(yàn)證體系。

（2）考核指標(biāo)：

開發(fā)出全功率燃料電池轎車 2 款；燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)額定功率≥80kW，裝車使用壽命≥5000h。整車 30 分鐘高車速≥180km/h；0-100km/h加速時(shí)間≤12秒（轎車）或≤14秒（SUV）；大爬坡度≥30%；續(xù)駛里程≥650km；耗氫量≤1.0kg/100km（轎車）或≤1.2kg/100km（SUV）；低溫冷啟動(dòng)能力≤-20℃；平均無故障里程≥5000km。獲得公告產(chǎn)品至少1款。

（3）筆者解讀：

①對(duì)燃料電池動(dòng)力轎車而言，全功率即非混合動(dòng)力系統(tǒng)，是一個(gè)攻關(guān)方向；

②全功率燃料電池動(dòng)力系統(tǒng)和整車，是兩個(gè)級(jí)別的任務(wù)，彼此互相支持，又是一個(gè)整體；

③氫氣供給攻關(guān)是 70MPa 車載高壓供氫及氫-電安全技術(shù)，言下之意，其他供氫技術(shù)路線，不在其列；

④燃料電池轎車的有關(guān)指標(biāo)，已經(jīng)很明確，能實(shí)現(xiàn)上述指標(biāo)，研究任務(wù)就基本完成。

⑤獲得公告產(chǎn)品至少 1 款的指標(biāo)要求，說明中國全功率燃料電池轎車技術(shù)水平，基本可以正常上路了。

2） 增程式燃料電池轎車動(dòng)力系統(tǒng)平臺(tái)及整車集成技術(shù)（重大共性關(guān)鍵技術(shù)類）

（1）研究內(nèi)容：

突破基于純電動(dòng)轎車平臺(tái)的增程式燃料電池整車集成關(guān)鍵技術(shù)；掌握增程式燃料電池轎車制動(dòng)回收、能量管理、整車安全、故障診斷與容錯(cuò)控制等關(guān)鍵集成與控制技術(shù)；掌握低成本車載儲(chǔ)氫技術(shù)和氫-電安全技術(shù)；建立燃料電池汽車動(dòng)力系統(tǒng)及關(guān)鍵零部件的優(yōu)化匹配測(cè)試、集成測(cè)試及試驗(yàn)驗(yàn)證體系；研究增程式燃料電池整車動(dòng)力系統(tǒng)成本分解及批量生產(chǎn)工藝。

（2）考核指標(biāo)：

燃料電池增程器額定功率≥30kW，高效率≥55%，裝車使用壽命≥10000h。整車高車速≥160km/h，30 分鐘高車速≥120km/h；0-100km/h 加速時(shí)間≤12 秒（轎車）或≤14 秒（SUV）；大爬坡度≥30%，續(xù)駛里程≥450km；低溫冷啟動(dòng)能力≤-30℃；平均無故障里程≥5000km。建立增程式燃料電池轎車批量生產(chǎn)能力，獲得公告產(chǎn)品 1 款以上。

（3）筆者解讀：

①增程式燃料電池轎車批量生產(chǎn)能力，獲得公告產(chǎn)品 1 款以上的要求，說明了這個(gè)技術(shù)到了產(chǎn)業(yè)化驗(yàn)證階段；

②燃料電池增程器額定功率≥30kW，高效率≥55%，裝車使用壽命≥10000h，這個(gè)指標(biāo)告訴廠家，明確的燃料電池增程器發(fā)展水平；

③增程式燃料電池轎車是目前產(chǎn)業(yè)化的主攻方向。但是仍然處于示范推廣階段，普及推廣應(yīng)用，還沒有到。

3）燃料電池公交車電-電深度混合動(dòng)力系統(tǒng)及整車集成技術(shù)（重大共性關(guān)鍵技術(shù)類）

（1）研究內(nèi)容：

開展國際先進(jìn)燃料電池系統(tǒng)與國產(chǎn)系統(tǒng)對(duì)比測(cè)試與評(píng)價(jià)研究；面向商業(yè)化要求，研究城市客車燃料電池動(dòng)力系統(tǒng)耐久性、經(jīng)濟(jì)性和低溫環(huán)境適應(yīng)性關(guān)鍵技術(shù)；基于公交工況大數(shù)據(jù)，研究燃料電池及其動(dòng)力系統(tǒng)的匹配標(biāo)定、能量管理、故障診斷和容錯(cuò)控制技術(shù)；掌握燃料電池公交客車動(dòng)力系統(tǒng)與整車工程化開發(fā)技術(shù)；研發(fā)低成本、長壽命和低溫環(huán)境適應(yīng)性的燃料電池動(dòng)力系統(tǒng)和整車產(chǎn)品，達(dá)到商業(yè)化應(yīng)用水平。

（2）考核指標(biāo)：

燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)額定功率（凈輸出）≥50kW；低溫啟動(dòng)能力≤-30℃，裝車使用壽命≥10000h（實(shí)車測(cè)試≥1000h，根據(jù)系統(tǒng)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)測(cè)算壽命）。0-50km/h 加速時(shí)間≤20 秒，大爬坡度≥15%。12 米燃料電池公交客車氫耗≤7.5kg/100km（工況法），續(xù)駛里程≥400km（工況法，SOC 變化≤10%）。建立燃料電池公交客車批量生產(chǎn)能力，獲得公告 1 款以上，開展小批量示范運(yùn)行，示范車輛≥10 輛。

（3）筆者解讀：

①燃料電池公交車的技術(shù)路線是電-電深度混合，沒有要求開發(fā)出全功率燃料電池的公交車。

②12 米燃料電池公交客車氫耗≤7.5kg/100km（工況法），續(xù)駛里程≥400km（工況法，SOC 變化≤10%）。這個(gè)指標(biāo)要求，12米車，燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)額定功率（凈輸出）≥50kW以上。目前廠家基本上10米（含）以下，燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)額定功率（凈輸出）≥30kW。

③這個(gè)車的續(xù)駛里程≥400km，已經(jīng)超過公交車運(yùn)營里程的要求》280公里的要求。

④電-電深度混合動(dòng)力電池公交客車是產(chǎn)業(yè)化的主攻方向。

⑤建立燃料電池公交客車批量生產(chǎn)能力，獲得公告 1 款以上，開展小批量示范運(yùn)行，示范車輛≥10 輛。這個(gè)目標(biāo)看起來不高，說明難度是相當(dāng)大的。同時(shí)提醒廠家，對(duì)這個(gè)車開發(fā)，要有心理準(zhǔn)備，不要盲目。

4） 公路客車燃料電池動(dòng)力系統(tǒng)及整車集成技術(shù)（重大共性關(guān)鍵技術(shù)類）

（1）研究內(nèi)容：

研究公路客車用大功率燃料電池動(dòng)力系統(tǒng)的匹配標(biāo)定、能量管理、故障診斷和容錯(cuò)控制技術(shù)；研究燃料電池公路客車整車優(yōu)化設(shè)計(jì)和集成技術(shù)，氫-電-結(jié)構(gòu)耦合安全技術(shù)；研究燃料電池系統(tǒng)和整車綜合熱管理技術(shù)；開展國際先進(jìn)燃料電池系統(tǒng)與國產(chǎn)系統(tǒng)對(duì)比測(cè)試評(píng)價(jià)研究；開展燃料電池公路客車動(dòng)力系

統(tǒng)與整車工程化開發(fā)；研究快速加氫及公路客車示范運(yùn)行安全監(jiān)控技術(shù)。建立商用車燃料電池動(dòng)力系統(tǒng)技術(shù)平臺(tái)并研制燃料電池公路客車。

（2）考核指標(biāo)：

燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)額定功率≥80kW；低溫啟動(dòng)≤-30℃，裝車使用壽命≥10000h（實(shí)車測(cè)試≥1000h，根據(jù)系統(tǒng)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)測(cè)算壽命）。0-50km/h加速時(shí)間≤20秒，大爬坡度≥20%。10m 公路客車氫耗≤8.0kg/100km（工況法），續(xù)駛里程≥500km（工況法，SOC 變化≤10%），30 分鐘高車速≥90km/h。獲得燃料電池公路客車公告 1 款以上。開展小批量示范運(yùn)行，示范車輛≥5 輛。

（3）筆者解讀：

①公路客車用大功率燃料電池的的指標(biāo)是額定功率≥80kW，而12米燃料混合動(dòng)力公交車的功率是（凈輸出）≥50kW；

②獲得燃料電池公路客車公告 1 款以上，開展小批量示范運(yùn)行，示范車輛≥5 輛。說明燃料電池公路客車示范比公交車要求規(guī)模更低一些，說明這個(gè)車開發(fā)難度更大。同時(shí)提醒整車廠要掌握好這個(gè)車的開發(fā)進(jìn)度合理性。

③大功率燃料電池公路客車的技術(shù)指標(biāo)要求要高于燃料電池公交車。整車開發(fā)要一步一步來，重心要放到燃料電池公交車攻關(guān)上，不宜同時(shí)開發(fā)公路、公交車的燃料電池車。

④考核指標(biāo)對(duì)整車開發(fā)，其指導(dǎo)意義是明確的，整車開發(fā)要如何平衡這些指標(biāo)，要做的工作是比較多。

⑤《指南》用了不少“形容詞”，不好把握。建議大家一定要結(jié)合考核指標(biāo)。工程技術(shù)人員一定要對(duì)考核指標(biāo)，予以認(rèn)真思考。

5）燃料電池汽車示范（應(yīng)用示范類）

（1）研究內(nèi)容：

在指定區(qū)域內(nèi)進(jìn)行燃料電池汽車示范，研究燃料電池示范流程、監(jiān)控方法及安全規(guī)范；研究燃料電池汽車運(yùn)營過程中安全保障、應(yīng)急方案及維護(hù)方法；開發(fā)燃料電池汽車示范安全監(jiān)控技術(shù)，研究道路環(huán)境下燃料電池汽車及加氫基礎(chǔ)設(shè)施的技術(shù)驗(yàn)證及評(píng)價(jià)方法、建立可持續(xù)發(fā)展的加氫設(shè)施及其示范平臺(tái)，進(jìn)一步探索新型車載儲(chǔ)氫、輸氫及加氫技術(shù)的示范應(yīng)用及技術(shù)驗(yàn)證，結(jié)合聯(lián)合國開發(fā)計(jì)劃署（UNDP）中國燃料電池示范項(xiàng)目，開展多種燃料電池汽車示范運(yùn)營。

（2）考核指標(biāo)：

提交燃料電池示范流程及安全規(guī)范；提交燃料電池汽車技術(shù)驗(yàn)證及評(píng)價(jià)報(bào)告；在指定區(qū)域內(nèi)進(jìn)行燃料電池汽車示范，參與示范的車輛不少于 100 輛；示范運(yùn)營時(shí)間≥2 年；燃料電池系統(tǒng)平均壽命≥5000h（實(shí)車測(cè)試平均壽命≥1500h，根據(jù)系統(tǒng)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)測(cè)算壽命）；平均單車運(yùn)營累計(jì)里程≥40000km，平均無故障里程≥5000km；監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)應(yīng)涵蓋范圍包括車輛安全性、可靠性及耐久性等方面。

（3）筆者解讀：

①聯(lián)合國開發(fā)計(jì)劃署（UNDP）中國燃料電池示范項(xiàng)目，是目前的重要項(xiàng)目，是大家要積極參與的；

②在指定區(qū)域內(nèi)進(jìn)行燃料電池汽車示范，參與示范的車輛不少于 100 輛。這個(gè)強(qiáng)調(diào)“在指定區(qū)域內(nèi)”，車輛不少于 100 輛，說明示范一定是在政府直接領(lǐng)導(dǎo)和指導(dǎo)下的工作。

總結(jié)：《指南》燃料電池動(dòng)力汽車開發(fā)攻關(guān)主要定位在乘用車和客車上，客車又分了，公路客車和公交車，要注意客車主要是10米以上大客車，持續(xù)里程在400公里以上。示范運(yùn)營車輛不少于 100 輛是一個(gè)基本目標(biāo)。筆者理解，在中國，燃料電池動(dòng)力客車主要是電電混合的技術(shù)路線，車上的氫供給方式是70MPa車載高壓氫氣瓶。對(duì)其他供氣模式（如何甲醇重整）沒有列入《指南》中，整車廠有必要認(rèn)真思考。