解析七大路线图之三:燃料电池汽车技术路线图(收藏版)

10月26日,中国汽车工程学会在其年会上发布了《节能与新能源汽车技术路线图》,包括节能汽车、纯电动和插电式混合动力汽车、燃料电池汽车、智能网联汽车、汽车制造技术、汽车轻量化技术及动力电池技术等七大领域未来15年的发展路线制定。工业和信息化部装备工业司副司长瞿国春强调,路线图为汽车产业发展指明了发展方向,明晰了重点和路径,希望成为行业一致的行动指南。

为了详细解读这份关乎中国汽车产业发展的七大路线图,第一电动网将结合《节能与新能源汽车技术路线图》完整版,分七篇逐一介绍七大技术路线图的制定背景以及详细的发展规划。此文为第三篇:燃料电池汽车技术路线图

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                             第二篇:动力电池技术路线图

氢作为交通运输行业的储能物质,具有可以大规模稳定储存、持续供应、远距离运输、快速补充的特点和优势,在未来以分布式为主、排放量为特征的能源构架中,氢能源系统会与电力系统并存互补,共同满足交通运输、家庭生活、工业生产的能源需求。

解析七大路线图之三:燃料电池汽车技术路线图(收藏版)

交通运输碳排放量在未来相当长的时间内仍将持续增长,公路运输领域是增长的重点。因此,氢能燃料电池商用车在我国交通节能减排中具有重要的战略作用。我国交通领域能耗和碳排放具有显著的构成特点,公路运输的二氧化碳排放量占比最大,公路货运和城市客运碳排放占比63%和23%(2012年),是减排的重点领域。

在中国制造2025战略规划中,对燃料电池汽车做出了相关要求。在2025年,燃料电池汽车年产销10万辆。以城市私人用车、公共服务用车的批量应用为主,实现燃料电池技术的推广应用。通过优化燃料电池系统结构设计,加速关建部件产业化,大幅降低燃料电池系统成本。在燃料电池系统技术方面,突破高可靠性膜、催化剂及双极板,供给系统关键部件高可靠性等技术难题。在关键零部件方面,燃料电池冷启动温度降至-40℃以下,质量比功率达到2.5kW/kg,寿命超过500h,产能超过1万套。

氢能燃料电池汽车发展历程

2000年之前,主要完成了氢能燃料电池汽车的概念设计和原理性验证;2000年以后,开展燃料电池攻关研究,陆续进行技术验证性示范考核;2010年开始,在特定用途领域商业化并取得成功;在2015年以后,乘用车开始面向部分区域的私人用户销售,初步进入商业化阶段。

中国:基本完成了燃料电池电动汽车的性能研发阶段,整车性能已经达到传统汽车水平,解决了示范中发现的核心技术问题中发现的核心技术问题。燃料电池商用车的可靠性、经济性和便利性满足商业示范运营需求。燃料电池乘用车的性能接近用户接受的水平。燃料电池电堆技术基本满足车用要求,车用燃料电池系统功率密度提高1倍以上。车用燃料电池成本接近实用化要求。

美国:2005年8月,美国国会通过了新的能源法案,氢能被列入“主流能源”选择之一;在2010年后陆续发布了氢能与燃料电池计划(2011年)、氢燃料电池技术评价报告(2012年,部分更新到2015年),近十年的研发总投入达到24.5亿美元,示范的各类道路车辆超过180辆,并在特种用途车辆(叉车)推广超过8000辆。

2013年5月,美国能源部(DOE)成立了推进氢基础设施的联盟“H2USA”,该计划目标是通过创立公众-私人伙伴计划克服建设氢基础设施面临的障碍,从而促进氢燃料电池汽车在全美的商业推广。

欧盟:2003年制定《欧盟氢能路线图》,5年内投入20亿欧元,用于氢能、燃料电池及燃料电池汽车的研发与示范。2008年,欧盟、欧洲工业委员会和欧洲研究社团联合制定了2020年氢能与燃料电池发展计划。2014年发布《地平线2020》计划继续支持“燃料电池与氢能联合执行体(FCHJU)”战略目标:2020年氢燃料电池汽车保有量50万辆、加氢站1000座、氢气50%来自非化石能源。

日本:2013年6月,日本政府发表的《日本再兴战略——JAPAN is BACK》提出,要扩大家庭用燃料电池普及,从2015年开始要大力推广燃料电池车并实现全球最快普及。2014年7月,日本经产省公布《氢能源白皮书》,介绍了氢作为能源利用的意义、建设氢社会的政策动向、制造、运输、存储、利用等技术发展以及现在的课题和今后的发展方向等。2014年发布了氢能/燃料电池战略发展路线图,明确了氢能应用战略步骤及目标。

国内氢能源电池汽车技术发展现状

经过863计划,我国初步掌握了燃料电池关键材料、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,燃料电池在国内外开展了多次示范运行。2015你那,燃料电池系统技术现状:-20℃启动及-40℃存储、寿命3000h;功率密度2kW/L、比功率1kW/kg;能量效率60%;铂担量0.6g/kW。燃料电池汽车:百公里氢能耗≤8.5kg(客车),≤1.1kg(轿车);开展了北京、上新加坡等不同环境的考核运行;具备百辆级动力系统与整车生产能力。

HFCV产业化关键技术与制约因素:功率密度是车用燃料电池的动力输出指标,它对燃料电池动力系统的小型化、轻量化以及成本的影响最大。寿命是燃料电池动力系统实现车用的基本指标。优化电堆及系统结构,强化电池的管理,也是提高电堆耐久性的有效措施。成本是车用燃料电池动力系统开发的导向性指标。

制约我国氢能燃料电池汽车的关键指标:1、燃料电池的耐久性问题,国内相关企业氢燃料电池的稳定寿命还在3000小时左右,而国际先进技术已经可以达到5000小时以上。2、关键材料和核心零部件薄弱:燃料电池用电催化剂、质子交换膜、炭纸等关键材料的开发多停留于实验室和样品阶段,空气压缩机和氢气回流泵等关键部件没有产品供应。3、氢气储存问题,储氢材料的储氢容量重量比至少要达到5%-7%才有实用价值,35MPa的碳纤维缠绕金属内胆气瓶(Ⅲ)的储氢密度为3.9%,需要开发碳纤维缠绕塑料内胆气瓶Ⅳ(5.5%)。

氢能燃料电池汽车总体技术路线图

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