氫能源產業的踐行者和奉行者
中氫動態

全面了解國外燃料電池汽車產業

日期:2017年3月23日 15:05

  導讀:本文對北美、歐洲、日韓等燃料電池汽車產業發展概況進行了綜述,并對其未來發展趨勢做出了預測與總結。
  一、北美地區
  美國和加拿大是燃料電池研發和示范的主要區域。在美國能源部(DOE)、交通部(DOT)和環保局(EPA)等部門的支持下,燃料電池技術近年來取得了很大的進步,通用、福特、豐田、戴姆勒奔馳、日產、現代等整車企業都在美國加州參加了燃料電池電動汽車的技術示范運行,并培育了聯合技術公司(UTC,美國)、巴拉德(Ballad,加拿大)等國際知名的燃料電池研發和制造企業。
  美國在2006年專門啟動了國家燃料電池公共汽車計劃(National Fuelcell City Bus Program,NFCBP),進行了廣泛的車輛研發和示范工作。2011年美國燃料電池公共汽車實際道路示范運行單車壽命最長超過11000小時1;到2015年,運行的公交車平均累計運行時間已經達到9000小時(仍然在運行),最長的車輛壽命超過了18000小時。預計到2016年底,美國燃料電池公共汽車的使用壽命將達到2萬~3萬小時,車輛的性能達到傳統柴油客車的水平,實現每天19小時的運行和出勤率,故障間隔里程大于4000英里。
  通用曾經于2007年投放了100輛雪佛蘭Equinox燃料電池電動汽車直接給消費者使用,2009年達到了100多萬英里的行駛里程。在降低成本和提升燃料電池的性能上,通用新一代燃料電池體積比雪佛蘭Equinox縮小了一半,重量減輕了220磅,使用的鉑金僅為原來的1/3。預計到2017年,100kW燃料電池發動機的鉑金用量將下降到10~15g,達到傳統內燃機三效催化劑的鉑金用量水平,將為量產做好準備

美國通用公司兩代燃料電池發動機系統的性能對比

  下表為美國能源部對轎車燃料電池成本的估計,預計到2020年,在年生產量20萬輛的條件下,隨著燃料電池技術的進步(100kW電堆鉑用量下降到10g),燃料電池轎車成果將低于3萬美元。

美國能源部橡樹嶺國家實驗室對燃料電池轎車成本的預測

  二、歐洲地區
  歐洲的燃料電池客車示范計劃(HYFLEET-CUTE)從2003年至2010年在10個城市示范運行了30輛第一代戴姆勒燃料電池客車,累計運行130萬英里。這些車輛采用“電池+12kW的氫燃料電池”的動力形式。在此基礎上,歐洲燃料電池客車示范項目(CHIC:Clean Hydrogenin European Cities)在5個城市開展了26輛第二代燃料電池公共汽車示范運行,期限從2011年至2017年,目標是實現燃料電池電動汽車性能達到目前燃油汽車的標準。該項目由聯合技術倡議(JTI:Joint Technology Initiative’s)燃料電池及氫能合作計劃(FCH-JU)和相關企業資助。
  在德國,主要的汽車和能源公司與政府一起承諾:到2015年建立廣泛的全國氫燃料加注網絡。2013年初,寶馬公司決定與豐田汽車公司合作,由豐田公司向寶馬公司提供燃料電池技術。

戴姆勒奔馳的兩代燃料電池客車的性能對比

  三、日本和韓國
  從全球范圍看,日本和韓國的燃料電池研發水平目前處于全球領先的水平,尤其是豐田、日產和現代汽車公司,在燃料電池電動汽車的耐久性、壽命和成本等方面逐步超越了美國和歐洲。
  2014年12月,豐田發布當今最具成本優勢、性能最先進的Mirai燃料電池電動汽車。新車售價723.6萬日元(約37.8萬人民幣);日本政府補貼后,實際價格520萬日元(約27.1萬人民幣)。根據豐田的官方數據,在參照日本JC08燃油模式測試的情況下,Mirai的巡航里程達到650公里,完成單次氫燃料補給僅需約3分鐘,10秒內可以完成百公里加速,完全能夠應付平常的行車需求。
  日產汽車也投入巨資開展燃料電池電堆和轎車的研發。2012年,日產汽車公司研發的電堆功率密度就達到了2.5kW/L的國際先進水平。本田新開發的FCX Clarity燃料電池電動汽車,能夠在-30℃順利啟動,續駛里程達到620公里。2014年,本田宣布其燃料電池堆功率密度也達到3kW/L。為推進燃料電池汽車的產業化,豐田公司2015年1月在拉斯維加斯消費電子展上宣布公開與燃料電池汽車相關的5680件專利,包括燃料電池組1970項、高壓儲氫290項,燃料電池控制系統3350項,加氫站70項。其中與氫基礎設施相關的專利會無限期無償提供;和車輛相關的專利,針對汽車公司設置了截止到2020年使用期限,其他車企想要獲取相關專利,必須向豐田提出申請,具體的使用條件需雙方單獨簽署。這能否達到真正的公開效果,則需要時間來檢驗。
  韓國從2002開始研發燃料電池電動汽車,2005年采用巴拉德的電堆組裝了32輛SUV,2006年推出了自己研發的第一代電堆,組裝了30臺SUV和4輛大客車,并進行了示范運行;2009-2012年間,開發了第2代電堆,裝配了100臺SUV,開始在國內進行示范和測試,并對電堆性能進行改進;2012-2015年,推出了第3代燃料電池SUV和客車,開始全球示范。2013年,韓國宣布提前2年開展千輛級別的燃料電池SUV(現代的ix35)生產,在全球率先進入燃料電池電動汽車千輛級別的小規模生產階段。該SUV采用了100kW燃料電池、24kW鋰離子電池和100kW電機,70MPa的氫瓶可以儲5.6kg氫氣,NEDC循環工況續駛里程588km,最高車速160km/h。2015年,美國華德公司(Ward)將該燃料電池發動機評為北美年度十佳量產的發動機之一,這是燃料電池首次入選。

2015年北美十佳發動機清單

  四、發展趨勢總結
  從美洲、歐洲和日韓等發達國家的燃料電池電動汽車發展現狀看,全球主要汽車公司大都已經完成了燃料電池電動汽車的基本性能研發階段,解決了若干關鍵技術問題,其整車性能、可靠性、壽命和環境適應性等各方面均已基本達到了和傳統汽車相媲美的水平。
  隨著這些發達國家的燃料電池電動汽車技術趨于成熟,其研究重點也逐漸集中到提高燃料電池功率密度、延長燃料電池壽命、提升燃料電池系統低溫啟動性能、降低燃料電池系統成本、大規模建設加氫基礎設施、推廣商業化的示范等方面。據美國能源部預測,2017年燃料電池系統的成本將下降到30美元/kW,達到和內燃機成本同樣的水平。

幾款主流燃料電池轎車性能參數對比

全球典型燃料電池巴士的技術參數對比

  為了實現該目標,世界各國紛紛制定了各自的加氫站建設規劃以配合燃料電池電動汽車的推廣應用。
  日本目前在名古屋、東京、大阪和福岡四個城市之間擬建造100座加氫站,在2025年前擴大到1000個加氫站;到2030年計劃建成覆蓋全國的加氫站,數量達到5000個,燃料電池電動汽車的比例超過10%。韓國到2015年已經建設了13座加氫站,預計到2020年建設168座加氫站,沿韓國高速公路建設成氫高速公路。
  美國計劃于2017年建成至少84座加氫站,達到單站日產500公斤以上的氫氣產量。雖然計劃十分恢宏,但是各國加氫站的實際建設進度并沒有預計的那么快。加氫站的建設成本是加油站的5倍,且加氫站在城市中建設還面臨一系列諸如土地和安全法規的限制。日本經產省通過發布《氫燃料電池車普及策略》、修正《高壓氣體保安法》等措施為日本的燃料電池電動汽車及加氫站的規劃打下政策基礎,也為其他國家促進燃料電池電動汽車發展的提供了相關法律法規及政策支持的參考。

  (本文轉載于電池綜合網綜合)

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