【正文】 科技專(zhuān)項(xiàng)中的燃料電池轎車(chē)項(xiàng)目落戶之后，上海 同濟(jì)大學(xué) 相繼研發(fā)出超越一號(hào)、超越二號(hào)、超越三號(hào)系列 氫 燃料電池車(chē)， 其中最為先進(jìn)的 “超越三號(hào)”是由同濟(jì)大學(xué)、上海燃料電池汽車(chē)動(dòng)力系統(tǒng)有限公司和上汽集團(tuán)共同研發(fā)的。 在 參加第八屆“比比登清潔能源汽車(chē)挑戰(zhàn)賽”時(shí)表現(xiàn)搶眼 ， 此次挑戰(zhàn)賽 也 證明了 氫 燃料電池汽車(chē)動(dòng)力平臺(tái)結(jié)構(gòu)的可行性。使用現(xiàn)有車(chē)型配置燃料電池動(dòng)力平臺(tái)，同樣可以滿足駕駛平順性、操縱穩(wěn)定性和舒適性的技術(shù)指標(biāo)，這樣可以降低開(kāi)發(fā)和推廣燃料電池汽車(chē)的成本，也有利于國(guó)家支 持的核心技術(shù)向企業(yè)擴(kuò)展傳輸。 通過(guò)測(cè)試數(shù)據(jù)對(duì)比分析，“超越三號(hào)”在系統(tǒng)結(jié)構(gòu)上具有 4個(gè)明顯技術(shù)特征。所有其他參賽車(chē)輛都裝載了 80 千瓦北華大學(xué)本科畢業(yè)論文 8 以上的燃料電池，而“超越三號(hào)”的燃料電池系統(tǒng)僅 45 千瓦 ， 突出的 燃料經(jīng)濟(jì)性證明了“超越三號(hào)”電 — 電混合動(dòng)力系統(tǒng)技術(shù)路線的優(yōu)越性， 特別是使用的鋰離子電池和永磁電機(jī)性能優(yōu)秀，在動(dòng)能回收方面效率很高，瞬時(shí)助力功能較強(qiáng)，彌補(bǔ)了燃料電池的不足，提高燃料經(jīng)濟(jì)性 ； “超越三號(hào)”優(yōu)異的綜合成績(jī)證明了分布式電子控制系統(tǒng)的系統(tǒng)優(yōu)化性能 ， 目前的控制系統(tǒng)可以保證在動(dòng)態(tài)范 圍內(nèi)燃料電池系統(tǒng)處于最佳效率區(qū)域，從而保 證了系統(tǒng)的高效穩(wěn)定性能； 在參賽車(chē)輛中，“超越三號(hào)”是唯一的可以使用純度為 4 個(gè) 9 氫氣（氫含量%）的系統(tǒng)，其他車(chē)輛均要求 5 個(gè) 9 的氫氣 ， 賽事供應(yīng)氫氣的成本遠(yuǎn)高于“超越三號(hào)”在上海示范運(yùn)行使用氫氣的成本 ， 這證明了我們使用工業(yè)副產(chǎn)氫氣的經(jīng)濟(jì)性 ； “超越三號(hào)”遠(yuǎn)渡重洋參加挑戰(zhàn)賽，不僅向世界展示了中國(guó)燃料電池汽車(chē)的研發(fā)實(shí)力，也經(jīng)受住了長(zhǎng)途跋涉的考驗(yàn) ， 途中溫差超過(guò) 50℃ ， “超越三號(hào)”經(jīng)受了溫差和長(zhǎng)時(shí)間擱置的考驗(yàn)，開(kāi)倉(cāng)檢查電池荷電態(tài)保持在 40%左右，加注氫氣后即可運(yùn)行 ， 其他參賽的燃料電池汽車(chē)都采用空運(yùn)或近距離陸運(yùn)，他 們對(duì)我們安全海運(yùn)的技術(shù)措施十分關(guān)注，此次海運(yùn)為燃料電池汽車(chē)整車(chē)包裝、安全、防護(hù)和恢復(fù)措施等積累了豐富的經(jīng)驗(yàn) 。 由東風(fēng)汽車(chē)公司和武漢理工大學(xué)聯(lián)手研制完成 的“ 楚天一號(hào) ”， 是 東風(fēng)汽車(chē)公司出資1000 萬(wàn)元，武漢理工大學(xué)整合學(xué)校技術(shù)資源攻關(guān) ， 經(jīng)過(guò)兩年多的努力，由愛(ài)麗舍轎車(chē)改裝的 氫 燃料電池電動(dòng)汽車(chē)，這是繼上海研制的 “ 超越號(hào) ” 之后，我國(guó)研發(fā)成功的第二臺(tái)燃料電池轎車(chē)型樣車(chē) ， 這標(biāo)志著我國(guó)氫燃料電池 汽 車(chē)技術(shù)研發(fā)成功。兩單位以武漢理工大學(xué)材料復(fù)合新技術(shù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室和該校汽車(chē)工程學(xué)院為基地，研發(fā) “ 25kW 燃料電池轎車(chē) ”， 所研制的 25kW 氫燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)在上海同濟(jì)大學(xué)國(guó)家定點(diǎn)的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，經(jīng)全面測(cè)試，主要性能指標(biāo)均達(dá)到設(shè)計(jì)要求，所研制的 “ 楚天一號(hào) ” 燃料汽車(chē)轎車(chē)也經(jīng)過(guò) 600 公里的運(yùn)行試驗(yàn) ，汽車(chē)運(yùn)行性能良好。 “ 楚天一號(hào) ” 具有完全獨(dú)立的自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)，其整車(chē)達(dá)到國(guó)內(nèi)先進(jìn)水平，與國(guó)際水平同步。專(zhuān)家們建議加快 氫 燃料電池電動(dòng)車(chē)產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程，盡快將 氫 燃料電池電動(dòng)車(chē)技術(shù)轉(zhuǎn)化為現(xiàn)實(shí)生產(chǎn)力。 在 氫燃料電池客車(chē)研發(fā)方面， 2020 年初，清華大學(xué)作為牽頭單位 ,與東風(fēng)汽車(chē)公司、北京客車(chē)總廠等五家單位組成了總體組，承擔(dān)國(guó)家“十五” 863 計(jì)劃燃料電池城市客車(chē)研制項(xiàng)目。我 國(guó) 由政府投入資金 已經(jīng)自主研發(fā)出了燃料電池大客車(chē)。目前，國(guó)內(nèi)最新的氫燃料電池客車(chē)最大速度達(dá)到 90 公里 /小時(shí)，一次加氫最大行駛里程達(dá)到 300 公里，發(fā)動(dòng)機(jī)輸出功率達(dá)到 100kW，這與國(guó)際領(lǐng)先水平相比還有較大差距。國(guó)外的燃料電池大客車(chē)價(jià)格很高 ，為了促進(jìn)我 國(guó)政策的制定和相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)法規(guī)的建立 ，建議我 國(guó)的燃料電池大客車(chē)也能加入到示范運(yùn)行的行列中。在發(fā)動(dòng)機(jī)、整車(chē)控制技術(shù)方面 ,國(guó)內(nèi)的水平盡管與國(guó)際領(lǐng)先水平有差距 ,但這不是發(fā)展氫燃料電池 客車(chē) 最主要的困難 ， 關(guān)鍵的問(wèn)題還在于氫燃料電池和動(dòng)力電池的壽命問(wèn)題。 2 我國(guó)氫燃料電池汽車(chē)的研究現(xiàn)狀及需要解決的主要問(wèn)題 9 國(guó)內(nèi)目前的氫燃料電池的穩(wěn)定 壽命還在 2020 小時(shí)左右，大大低于國(guó)際的 7000～ 8000 小時(shí)。動(dòng)力電池的使用壽命不到 2 年時(shí)間，而日本最先進(jìn)的是 3 至 5 年。 因此 ，我們今后的任務(wù)還很重。 商業(yè)化應(yīng)用需要解決的主要問(wèn)題 目前國(guó)際上 氫 燃料電池技術(shù)已發(fā)展到較高水平，要實(shí)現(xiàn)燃料電池汽車(chē)的商業(yè)化，主要問(wèn)題就是解決氫源問(wèn)題和降低成本，而氫源技術(shù)已成為 氫 燃料電池 汽車(chē) 商業(yè)化的技術(shù)瓶頸。車(chē)用 氫 燃料電池的燃料來(lái)源主要有兩種，一是直接用氫，二是車(chē)載制氫技術(shù)。而這兩種方法又存在諸多不同的技術(shù)路線，因此什么樣的氫源最適合用于燃料電池汽車(chē)的問(wèn)題一直都是爭(zhēng)論的焦點(diǎn)。目前， 我國(guó)在燃料電池技術(shù)總體水平上與國(guó)際先進(jìn)水平還有很大差距，要想迎頭趕上，必須找到適合本國(guó)國(guó)情的最佳切入點(diǎn)，即從環(huán)境、能效和經(jīng)濟(jì)性角度考察，提出綜合性能最優(yōu)的技術(shù)路線，以便為我國(guó)的 氫 燃料電池汽車(chē)的燃料選擇提供依據(jù)。 氫源問(wèn)題 為探索適合我國(guó)能源國(guó)情的氫源基礎(chǔ)設(shè)施方案，國(guó)家高科技研究發(fā)展計(jì)劃 (863 計(jì)劃 )設(shè)立了 “ 氫 燃料電池汽車(chē)氫源基礎(chǔ)設(shè)施工程前期研究 ” 的課題。該課題是國(guó)內(nèi)首次從資源開(kāi)采到汽車(chē)使用對(duì) 氫 燃料電池汽車(chē)的全生命周期進(jìn)行評(píng)價(jià)，針對(duì)不同氫源選擇對(duì)能效、排放及經(jīng)濟(jì)性 (3E)進(jìn)行系統(tǒng)分析。 首先根據(jù)一定的氫源方案 篩選原則，從眾多的燃料鏈中最終確定 10 條燃料鏈作為研究對(duì)象，分別包括了以煤、天然氣和石油為初級(jí)能源的路線，也概括了高壓氫氣、車(chē)載甲醇制氫、車(chē)載汽油制氫三種氫源，所涉及的燃料加注站有 :氫站 (純氫站、甲醇現(xiàn)場(chǎng)制氫、天然氣現(xiàn)場(chǎng)制氫、汽油現(xiàn)場(chǎng)制氫 )、甲醇加注站和汽油加注站，如表 2所示。 同時(shí)進(jìn)行了環(huán)境、經(jīng)濟(jì)性和能效性 (3E)的全面評(píng)估，并以天然氣制甲醇的車(chē)載制氫燃料鏈為基準(zhǔn)進(jìn)行了各方案基礎(chǔ)性投資的對(duì)比 ，結(jié)果如下： 1） 從不同化石基的角度考慮，天然氣基燃料鏈的 3E 性能最優(yōu) ； 汽油基燃料鏈略遜之 ；相對(duì)地，煤基燃料鏈最不樂(lè) 觀，然而隨著原油越來(lái)越少及我國(guó)對(duì)煤加工利用的大力投入，形勢(shì)會(huì)相應(yīng)改變 ； 2)與純氫車(chē)型相比，車(chē)載制氫路線的 3E 綜合評(píng)估性能較優(yōu)，且所需基礎(chǔ)投資最少，但其弊端在于技術(shù)難度最大，因此只有當(dāng)技術(shù)上獲得重大突破才會(huì)有所發(fā)展 ； 3)加注站現(xiàn)場(chǎng)制氫的各條燃料鏈 3E 性能相對(duì)較差，尤其是煤電電解水制氫燃料鏈劣勢(shì)最明顯，所以很難進(jìn)行大規(guī)模商業(yè)化，僅可作為演示性質(zhì)的燃料電池車(chē)隊(duì)氫源 ； 北華大學(xué)本科畢業(yè)論文 10 4)燃料大型制氫的 3E 綜合性能高于小型生產(chǎn)，尤其是由天然氣大型制氫及氫管網(wǎng)輸送的燃料鏈，鑒于目前我國(guó)正在大力發(fā)展天然氣管網(wǎng)運(yùn)輸 (如西氣東輸 )，因 此在其沿線實(shí)施此路線有一定現(xiàn)實(shí)意義 。 綜上所述，在我國(guó)研發(fā) 氫 燃料電池汽車(chē)時(shí)，應(yīng)充分考慮多煤、少氣、貧油的能源結(jié)構(gòu)以及資源分布不均的國(guó)情，不同的地域采取適合本地特色的能源戰(zhàn)略，最大限度地發(fā)揮自身的優(yōu)勢(shì)。 表 2 研究選擇的 10條燃料鏈 開(kāi) 采 制 備 運(yùn) 輸 加 注 站 汽車(chē)使用 煤 ? 煤制 甲醇 ? 甲醇運(yùn)輸 ? 甲醇站 ? 甲醇重整車(chē) 天然氣 ? 天然氣制甲醇 ? 甲醇運(yùn)輸 ? 甲醇站 ? 甲醇重整車(chē) 石 油 ? 汽油 ? 汽油運(yùn)輸 ? 汽油加油站 ? 汽油重整車(chē) 煤 ? 煤大型制氫 ? 氫運(yùn)輸 ? 加氫站 ? 純氫車(chē) 天然氣 ? 天然氣制氫 ? 氫運(yùn)輸 ? 加氫站 ? 純氫車(chē) 煤 ? 電網(wǎng) ? 電運(yùn)輸 ? 電解水 制氫站 ? 純氫車(chē) 天然氣 ? 天然氣凈化 ? 天然氣運(yùn)輸 ? 天然氣現(xiàn)場(chǎng)制氫站 ? 純氫車(chē) 煤 ? 煤制 甲醇 ? 甲醇運(yùn)輸 ? 甲醇現(xiàn)場(chǎng)制氫站 ? 純氫車(chē) 天然氣 ? 天然氣制甲醇 ? 甲醇運(yùn)輸 ? 甲醇現(xiàn)場(chǎng)制氫站 ? 純氫車(chē) 石 油 ? 汽油 ? 汽油運(yùn)輸 ? 汽油現(xiàn)場(chǎng)制氫站 ? 純氫車(chē) 氫 燃料電池的成本問(wèn)題 氫燃料電池汽車(chē)實(shí)用化的 最重要的問(wèn)題 是降低車(chē)輛成本。據(jù)最近研究報(bào)告顯示，采用燃料電池 (30kW)，輔助電源 (35kW)，氫轉(zhuǎn)換器，電動(dòng)機(jī) (50kW)，金屬吸附氫 (110kg)的 FCEV（燃料電池汽車(chē)） 專(zhuān)用系統(tǒng)成本若控制在 125 萬(wàn)日元， 氫燃料電池汽車(chē)才有經(jīng)濟(jì)性 ，其中燃料電池的成本估計(jì)為 10 千日元／ kW，這些估算值是 FCEV 實(shí)用化的當(dāng)前 目標(biāo)。降低 PEFC 的組成材料成本主要應(yīng)減小氫離子交換膜