2018年燃料电池动力系统关键技术发展趋势分析

目前是2017年年底了，大家都在分析2018年中国新能源汽车技术发展趋势。而科技部《新能源汽车2018 年重点专项申报指南》已经发布，对企业而言很有指导意义。下面是笔者学习《申报指南》后，对2018 度年燃料电池动力系统关键技术发展趋势分析，分享如下。

一、中国新能源汽车重大共性关键技术的主攻方向

《申报指南》列出2018年中国新能源汽车技术的主攻方向是：

1）动力电池与电池管理系统；

2）电机驱动与电力；

3）电子、电动汽车智能化；

4）燃料电池动力系统；

5）插电/增程式混合动力系统；

6）纯电动力系统。

一共是6个方向下，再细分24个研究任务。

笔者理解:

①企业与政府规划要保持一致，企业经营活动（含技术攻关）要在政府的顶层设计下开展。

②企业2018年具体的新能源汽车研究（开发）项目必须在6个方向下、24个研究任务之中;

③企业具体技术研究和开发项目，理应与中央政府政府年度计划技术攻关项目对应起来。

二、2018年燃料电池动力系统研究任务

燃料电池动力系统研究任务有技术攻关是4个，示范应用是1个。

1）全功率轿车燃料电池动力系统平台及整车集成技术

（1）研究内容：

突破基于大功率燃料电池发动机的整车动力系统集成技术；掌握整车能量管理、能耗优化、动态响应、整车热平衡、故障诊断与容错控制等关键集成技术；突破 70MPa 车载高压供氢及氢-电安全技术；掌握动力系统关键零部件选型方法，掌握其设计过程、生产工艺及流程；建立燃料电池汽车动力系统及关键零部件的优化匹配测试、集成测试及试验验证体系。

（2）考核指标：

开发出全功率燃料电池轿车 2 款；燃料电池发动机额定功率≥80kW，装车使用寿命≥5000h。整车 30 分钟最高车速≥180km/h；0-100km/h加速时间≤12秒（轿车）或≤14秒（SUV）；最大爬坡度≥30%；续驶里程≥650km；耗氢量≤1.0kg/100km（轿车）或≤1.2kg/100km（SUV）；低温冷启动能力≤-20℃；平均无故障里程≥5000km。获得国家公告产品至少1款。

（3）笔者解读：

①对燃料电池动力轿车而言，全功率即非混合动力系统，是一个攻关方向；

②全功率燃料电池动力系统和整车，是两个级别的任务，彼此互相支持，又是一个整体；

③氢气供给攻关是 70MPa 车载高压供氢及氢-电安全技术，言下之意，其他供氢技术路线，不在其列；

④燃料电池轿车的有关指标，已经很明确，能实现上述指标，研究任务就基本完成。

⑤获得国家公告产品至少 1 款的指标要求，说明中国全功率燃料电池轿车技术水平，基本可以正常上路了。

2） 增程式燃料电池轿车动力系统平台及整车集成技术（重大共性关键技术类）

（1）研究内容：

突破基于纯电动轿车平台的增程式燃料电池整车集成关键技术；掌握增程式燃料电池轿车制动回收、能量管理、整车安全、故障诊断与容错控制等关键集成与控制技术；掌握低成本车载储氢技术和氢-电安全技术；建立燃料电池汽车动力系统及关键零部件的优化匹配测试、集成测试及试验验证体系；研究增程式燃料电池整车动力系统成本分解及批量生产工艺。

（2）考核指标：

燃料电池增程器额定功率≥30kW，最高效率≥55%，装车使用寿命≥10000h。整车最高车速≥160km/h，30 分钟最高车速≥120km/h；0-100km/h 加速时间≤12 秒（轿车）或≤14 秒（SUV）；最大爬坡度≥30%，续驶里程≥450km；低温冷启动能力≤-30℃；平均无故障里程≥5000km。建立增程式燃料电池轿车批量生产能力，获得国家公告产品 1 款以上。

（3）笔者解读：

①增程式燃料电池轿车批量生产能力，获得国家公告产品 1 款以上的要求，说明了这个技术到了产业化验证阶段；

②燃料电池增程器额定功率≥30kW，最高效率≥55%，装车使用寿命≥10000h，这个指标告诉厂家，明确的燃料电池增程器发展水平；

③增程式燃料电池轿车是目前产业化的主攻方向。但是仍然处于示范推广阶段，普及推广应用，还没有到。

3）燃料电池公交车电-电深度混合动力系统及整车集成技术（重大共性关键技术类）

（1）研究内容：

开展国际先进燃料电池系统与国产系统对比测试与评价研究；面向商业化要求，研究城市客车燃料电池动力系统耐久性、经济性和低温环境适应性关键技术；基于公交工况大数据，研究燃料电池及其动力系统的匹配标定、能量管理、故障诊断和容错控制技术；掌握燃料电池公交客车动力系统与整车工程化开发技术；研发低成本、长寿命和低温环境适应性的燃料电池动力系统和整车产品，达到商业化应用水平。

（2）考核指标：

燃料电池发动机额定功率（净输出）≥50kW；低温启动能力≤-30℃，装车使用寿命≥10000h（实车测试≥1000h，根据系统实测数据测算寿命）。0-50km/h 加速时间≤20 秒，最大爬坡度≥15%。12 米燃料电池公交客车氢耗≤7.5kg/100km（工况法），续驶里程≥400km（工况法，SOC 变化≤10%）。建立燃料电池公交客车批量生产能力，获得公告 1 款以上，开展小批量示范运行，示范车辆≥10 辆。

（3）笔者解读：

①燃料电池公交车的技术路线是电-电深度混合，没有要求开发出全功率燃料电池的公交车。

②12 米燃料电池公交客车氢耗≤7.5kg/100km（工况法），续驶里程≥400km（工况法，SOC 变化≤10%）。这个指标要求，12米车，燃料电池发动机额定功率（净输出）≥50kW以上。目前厂家基本上10米（含）以下，燃料电池发动机额定功率（净输出）≥30kW。

③这个车的续驶里程≥400km，已经超过公交车运营里程的要求》280公里的要求。

④电-电深度混合动力电池公交客车是产业化的主攻方向。

⑤建立燃料电池公交客车批量生产能力，获得公告 1 款以上，开展小批量示范运行，示范车辆≥10 辆。这个目标看起来不高，说明难度是相当大的。同时提醒厂家，对这个车开发，要有心理准备，不要盲目。

4） 公路客车燃料电池动力系统及整车集成技术（重大共性关键技术类）

（1）研究内容：

研究公路客车用大功率燃料电池动力系统的匹配标定、能量管理、故障诊断和容错控制技术；研究燃料电池公路客车整车优化设计和集成技术，氢-电-结构耦合安全技术；研究燃料电池系统和整车综合热管理技术；开展国际先进燃料电池系统与国产系统对比测试评价研究；开展燃料电池公路客车动力系

统与整车工程化开发；研究快速加氢及公路客车示范运行安全监控技术。建立商用车燃料电池动力系统技术平台并研制燃料电池公路客车。

（2）考核指标：

燃料电池发动机额定功率≥80kW；低温启动≤-30℃，装车使用寿命≥10000h（实车测试≥1000h，根据系统实测数据测算寿命）。0-50km/h加速时间≤20秒，最大爬坡度≥20%。10m 公路客车氢耗≤8.0kg/100km（工况法），续驶里程≥500km（工况法，SOC 变化≤10%），30 分钟最高车速≥90km/h。获得燃料电池公路客车公告 1 款以上。开展小批量示范运行，示范车辆≥5 辆。

（3）笔者解读：

①公路客车用大功率燃料电池的的指标是额定功率≥80kW，而12米燃料混合动力公交车的功率是（净输出）≥50kW；

②获得燃料电池公路客车公告 1 款以上，开展小批量示范运行，示范车辆≥5 辆。说明燃料电池公路客车示范比公交车要求规模更低一些，说明这个车开发难度更大。同时提醒整车厂要掌握好这个车的开发进度合理性。

③大功率燃料电池公路客车的技术指标要求要高于燃料电池公交车。整车开发要一步一步来，重心要放到燃料电池公交车攻关上，不宜同时开发公路、公交车的燃料电池车。

④考核指标对整车开发，其指导意义是明确的，整车开发要如何平衡这些指标，要做的工作是比较多。

⑤《指南》用了不少“形容词”，不好把握。建议大家一定要结合考核指标。工程技术人员一定要对考核指标，予以认真思考。

5）燃料电池汽车示范（应用示范类）

（1）研究内容：

在指定区域内进行燃料电池汽车示范，研究燃料电池示范流程、监控方法及安全规范；研究燃料电池汽车运营过程中安全保障、应急方案及维护方法；开发燃料电池汽车示范安全监控技术，研究道路环境下燃料电池汽车及加氢基础设施的技术验证及评价方法、建立可持续发展的加氢设施及其示范平台，进一步探索新型车载储氢、输氢及加氢技术的示范应用及技术验证，结合联合国开发计划署（UNDP）中国燃料电池示范项目，开展多种燃料电池汽车示范运营。

（2）考核指标：

提交燃料电池示范流程及安全规范；提交燃料电池汽车技术验证及评价报告；在指定区域内进行燃料电池汽车示范，参与示范的车辆不少于 100 辆；示范运营时间≥2 年；燃料电池系统平均寿命≥5000h（实车测试平均寿命≥1500h，根据系统实测数据测算寿命）；平均单车运营累计里程≥40000km，平均无故障里程≥5000km；监控数据应涵盖范围包括车辆安全性、可靠性及耐久性等方面。

（3）笔者解读：

①联合国开发计划署（UNDP）中国燃料电池示范项目，是目前的重要项目，是大家要积极参与的；

②在指定区域内进行燃料电池汽车示范，参与示范的车辆不少于 100 辆。这个强调“在指定区域内”，车辆不少于 100 辆，说明示范一定是在政府直接领导和指导下的工作。

总结：《指南》燃料电池动力汽车开发攻关主要定位在乘用车和客车上，客车又分了，公路客车和公交车，要注意客车主要是10米以上大客车，持续里程在400公里以上。示范运营车辆不少于 100 辆是一个基本目标。笔者理解，在中国，燃料电池动力客车主要是电电混合的技术路线，车上的氢供给方式是70MPa车载高压氢气瓶。对其他供气模式（如何甲醇重整）没有列入《指南》中，整车厂有必要认真思考。