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國內(nèi)外燃料電池汽車技術(shù)水平現(xiàn)狀與 差距對(duì)比
總體來看，國外整車企業(yè)已在2015 年進(jìn)入量產(chǎn)階段,；而在中國,，燃料電池汽車還處于性能改進(jìn)和小規(guī)模示范階段。
1 燃料電池轎車
我國燃料電池轎車在動(dòng)力性,、續(xù)駛里程等基本性能指標(biāo)方面與國外的車型基本相當(dāng),，zui高車速基本都在150～170 km/h 上下，百公里加速時(shí)間也基本在10～15 s 左右,。但由于國外開始采用70MPa 車載儲(chǔ)氫系統(tǒng),，一次加注的續(xù)駛里程大大提高。從動(dòng)力系統(tǒng)的基本配置來看,，zui大的差別在于燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)的功率輸出能力與電機(jī)的轉(zhuǎn)矩輸出能力上,。其中國外燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)的功率輸出能力基本在80～100kW，比國內(nèi)的55kW 高出很多,，而且具有很高的質(zhì)量比功率和體積比功率指標(biāo),。同等功率輸出能力的電機(jī)具有更高轉(zhuǎn)矩輸出能力，約比國內(nèi)高50～80Nm,，比例達(dá)到25%～40%,。
表1 國內(nèi)外研究進(jìn)展
| 豐田 | 現(xiàn)代 | 通用 | 日產(chǎn) | 奔馳 | 上汽 | |
| 車重 | 1850kg | 2290kg | 1800kg | 1860kg | 1718kg | 1833kg |
| zui高車速 | 175km/h | 160km/h | 160km/h | 150km/h | 170km/h | 150km/h |
| 0~100km/h | 9.6s | 12.6s | 12s | 14s | 11.3s | 15s |
| 加速時(shí)間 | ||||||
| PCE 功率 | 114kw | 100kw | 92kw | 90kw | 100kw | 40kw |
| PCE 體積/重 | 37L/56kg | 60L | 130kg | 34L/43kg | 不詳 | 54L/74kg |
| 量 | ||||||
| PCE 低溫啟 | -30℃ | -30℃ | -30℃ | -30℃ | -25℃ | -20℃ |
| 動(dòng)性能 | ||||||
| PCE 鉑用量 | 20g | 40g | 30g | 40g | 20g | 不詳 |
| PCE 耐久性 | >5000h | 5500h | 5500h | - | >5000h | 2000h |
| 氫系統(tǒng)參數(shù) | 122.4L，5kg | 144L,，5.6kg | 4.2kg | |||
| 電機(jī)參數(shù) | 113kw ,， | 100kw ， | 94kw,， | 90kw ,， | 100kw ， | 90kw |
| 335Nm | 300Nm | 320Nm | 280Nm | 290Nm | 300Nm | |
| 電池參數(shù) | 1.6kwh 鎳氫 | 24kw 鋰離子 | 1.8kwh,，35kW | 不詳 | 9kwh | 11kWh |
| 電池 | 電池 | 鎳氫電池 | ||||
| 續(xù)駛里程 | 650km | 594km | 320km | 500km | 500km | 400km |
2 燃料電池客車
我國燃料電池城市客車在加速時(shí)間,、zui高車速等動(dòng)力性指標(biāo)方面與國外的車型基本相當(dāng)，zui高車速80km/h 居多,，0～50 km/h 加速時(shí)間在20s 左右,。續(xù)駛里程適中,，一般在250～400 km 之間,，氫耗指標(biāo)有一定優(yōu)勢(shì)，儲(chǔ)氫瓶的zui高壓力均為35 MPa,。
表 2 國內(nèi)外研究進(jìn)展
| 客車廠家 | 美國Van Hool | 美國New Flyer | 德國戴姆勒奔馳 | 日本豐田和日野 | 宇通客車 | 佛山飛馳 |
| 燃料電池功率 | 120kw | 150kw | 2×60kw | 2×114kw | 30kw/60kw | 88kW |
| 燃料電池廠家 | US FuelCell | Ballard HD6 | AFCC | Toyota | 億華通 | 上海重塑 |
| 動(dòng)力電池的 | 17.4kwh,，鋰離 | 47kwh，鋰離子 | 26kwh,，鋰離子 | 2×1.6kwh2 個(gè)轎車 | 64.5kWh,，鋰 | 50kWh,， |
| 容量或功率 | 子（EnerDel） | （Valence） | （A123） | 用的鎳氫電池模塊 | 離子 | |
| 電機(jī)功率或 | 2×85kw | 2×85kw | 2×80kw | 2×110kw | 100kW | 90kW |
| 轉(zhuǎn)矩 | Slemens ELFA | Slemens ELFA | Wheel Hub | 2 個(gè)轎車電機(jī) | ||
| 氫氣氣瓶 | 350bar，8 個(gè) | 350bar,，8 個(gè) | 350bar,，7 個(gè) | 350bar，8 個(gè) | 350bar,，8 個(gè) | 350bar,，8 個(gè) |
| 氫氣量 | 40kg | 56kg | 35kg | 480 升，18kg | 8*150L,，25kg | 25kg |
| 耐久性 | 18000h | 8000h | 12000h | 未公開 | 未公開（4000h） | 10000h |
| 續(xù)駛里程 | 300 英里 | 300 英里 | 250km | 未公開 | 600km | 400km |
| 整車成本 | 未公開 | 未公開 | 300m RMB |
3 關(guān)鍵材料
在燃料電池關(guān)鍵材料,，如催化劑，質(zhì)子交換膜,、膜電極（membraneeletrode assembly MEA)等方面,，中國與國外水平相比仍存在較大差距，造成中國與發(fā)達(dá)國家技術(shù)上這些差距的原因主要分析如下：
1）關(guān)鍵材料未實(shí)現(xiàn)國產(chǎn)化,。上述關(guān)鍵材料如電催化劑,、質(zhì)子交換膜、炭紙大都采用進(jìn)口材料,，且多數(shù)為國外壟斷,，價(jià)格*；盡管在“十一五規(guī)劃”中國產(chǎn)替代材料如催化劑,、膜,、炭紙等取得了可喜成就，然而,，由于尚未形成批量生產(chǎn)能力,，或者產(chǎn)品質(zhì)量不夠穩(wěn)定。
2）部件制備技術(shù)落后,。由于缺少先進(jìn)制備技術(shù)與設(shè)備,，使得一些主要部件如雙極板、MEA 等制造質(zhì)量得不到保障,，一致性較差,。
3）系統(tǒng)耐久性與可靠性有待提高。國內(nèi)對(duì)電堆耐久性的研究不足,，對(duì)系統(tǒng)優(yōu)化提升電堆性能與壽命缺乏深刻的認(rèn)識(shí),，造成了輔助系統(tǒng)匹配與控制策略研究過程中思路簡(jiǎn)單，甚至盲目,。
4 燃料電池附件系統(tǒng)對(duì)標(biāo)
在燃料電池附件系統(tǒng)方面,，中國與*水平相比差距很大，基本沒有成熟產(chǎn)品。
表 3 國內(nèi)外研究進(jìn)展
| 國外現(xiàn)狀與水平 | 中國現(xiàn)狀與水平 | |
| 壓縮機(jī) | 21 世紀(jì)初,，美國開始在政府支持下開發(fā)燃料電池 | 廣東廣順的一家企業(yè)在進(jìn)行燃料 |
| 壓縮機(jī),。美國能源部支持了AD Little Inc.、 | 電池離心式壓縮機(jī)的開發(fā),，目 | |
| Honeywell,、VAIREX Corporation、Mechanology, | 前處于開發(fā)設(shè)計(jì)的初期階段,；而且 | |
| LL 等企業(yè),；瑞典的OpconAutorotor AB 對(duì)多種 | 沒有將電機(jī)及其控制器進(jìn)行集成 | |
| 壓縮機(jī)進(jìn)行比較開發(fā)。典型的是Honeywell 的離 | 設(shè)計(jì)和優(yōu)化的能力,，可靠性和耐久 | |
| 心式 | 性得不到保證,。 | |
| 壓縮機(jī)和Opcon 的雙螺桿壓縮機(jī)，二者已經(jīng)達(dá)到 | ||
| 產(chǎn)品的要求,，在多款燃料電池系統(tǒng)中進(jìn)行了長(zhǎng)時(shí) | ||
| 間的運(yùn)行,。 | ||
| 加濕器 | 主流技術(shù)是Gas-to-Gas 加濕器。已有多廠家開 | 尚無相應(yīng)的零部件開發(fā)商開發(fā)此 |
| 發(fā)出加濕器形成產(chǎn)品,。能夠滿足備用電源到燃料 | 類產(chǎn)品,，基本上是采購國外的產(chǎn) | |
| 電池公交車用的加濕需要。美國的Perma-Pure | 品,。一些研究單位開展了基礎(chǔ)研 | |
| 生產(chǎn)的管式加濕器,、加拿大Dipont 生產(chǎn)的板式 | 究；在如何小型化或取消增濕器方 | |
| 加濕器,、德國Mann-Hummel 生產(chǎn)的板式和管式 | 面,，缺少系統(tǒng)優(yōu)化的經(jīng)驗(yàn)和能力。 | |
| 加濕器和德國Freudenberg FCCT 生產(chǎn)的管式加 | ||
| 濕器等,；豐田等企業(yè)采用先進(jìn)系統(tǒng)設(shè)計(jì),，取消了 | ||
| 加濕器，提高低溫冷啟動(dòng)性能,。 | ||
| 氫循環(huán)裝置 | 美國Park 公司開發(fā)出氫氣循環(huán)泵,，可用于不同 | 尚沒有見過有廠家進(jìn)行過類似產(chǎn) |
| 的燃料電池汽車，美國Argonne 國家實(shí)驗(yàn)室,，開 | 品的研發(fā),。一些研究單位開展了基 | |
| 發(fā)了氫氣引射裝置(E-jector)以及與氫循環(huán)泵混 | 礎(chǔ)研究。缺少大流量的氫氣再循環(huán) | |
| 合循環(huán)系統(tǒng),，各大汽車公司也開發(fā)相應(yīng)的氫氣循 | 泵及其驅(qū)動(dòng)電機(jī),。 | |
| 環(huán)。 | ||
| 裝置,，并用于燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī),。 | ||
| DC/DC | 豐田已經(jīng)將DC/DC 與燃料電池直接集成在一 | 尚沒有專門從事針對(duì)燃料電池 |
| 起，作為燃料電池系統(tǒng)的一個(gè)執(zhí)行器,，提高了系 | DC/DC 研發(fā)的廠家,，針對(duì)燃料電 | |
| 統(tǒng)集成度。 | 池的特殊控制和保護(hù)邏輯尚不清 | |
| 楚,。 |
5 國內(nèi)燃料電池汽車存在問題
目前制約中國燃料電池汽車發(fā)展的瓶頸包括貴金屬成本及中毒問題,、燃料電池穩(wěn)定性問題、氫供給難題等技術(shù)性制約因素,。燃料電池耐久性問題,。以車用燃料電池的基本要求為例，轎車用
燃料電池系統(tǒng)的運(yùn)行壽命必須達(dá)到3000～5000h,。國內(nèi)相關(guān)企業(yè)氫燃料電池的穩(wěn)定壽命還在3000 小時(shí)左右,，而*技術(shù)已經(jīng)可以達(dá)到5000 小時(shí)以上。
關(guān)鍵材料和核心零部件薄弱,。我國燃料電池關(guān)鍵材料和部件基礎(chǔ)比較薄弱,，如燃料電池用電化劑、質(zhì)子交換膜,、炭紙等關(guān)鍵材料的開發(fā)多停留于實(shí)驗(yàn)室和樣品階段,，空氣壓縮機(jī)和氫氣回泵等關(guān)鍵部件沒有產(chǎn)品供應(yīng)，嚴(yán)重影響到我國車用燃料電池電堆技術(shù)的開發(fā)進(jìn)程,。
氫氣儲(chǔ)存問題,。我國使用的壓力為35MPa 的碳纖維纏繞金屬內(nèi)膽氣瓶（Ⅲ）的儲(chǔ)氫密度為3.9%，通過提高壓力到70MPa 可達(dá)到5%,；而采用碳纖維纏繞塑料內(nèi)膽氣瓶(Ⅳ)儲(chǔ)氫密度可以進(jìn)一步提高到5.5%,。我國在IV 瓶方面尚沒有技術(shù)，在70MPa 的Ⅲ瓶方面僅有研發(fā)成果,，沒有產(chǎn)品,。另外，目前正在探討和研發(fā)的另外一條路徑是有機(jī)液態(tài)儲(chǔ)氫值得重視,，國內(nèi)有一定的研究基礎(chǔ),，但缺乏示范考核。
我國燃料電池材料與關(guān)鍵部件技術(shù)基礎(chǔ)與*水平差距較大,，耐久性,、功率密度和低成本技術(shù)明顯落后。燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)等關(guān)鍵零部件方面,，基本沒有成熟產(chǎn)品,，產(chǎn)業(yè)鏈配套體系很不完善；燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)的耐久性方面,，我國僅為幾千小時(shí),，國外上已實(shí)現(xiàn)超過1萬小時(shí)；轎車集成和控制的水平差距不大，但燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)的功率密度明顯低,；燃料電池客車的混合動(dòng)力系統(tǒng)