2019年1月11-13日，“中國電動汽車百人會(hui) 論壇(2019)”在京召開，此次壇主題是“汽車革命與(yu) 交通、能源、城市協同發展”，將圍繞汽車零排放和電動化變革、能源轉化及傳(chuan) 統能源公司轉型、未來交通和出行變革圖景、下一代汽車關(guan) 鍵技術發展、汽車智能化和網聯化趨勢、核心供應鏈培育、汽車生產(chan) 組織方式變革、國際創新對接、產(chan) 業(ye) 政策調整等熱點問題進行研討。

　　活動期間，以“燃料電池汽車產(chan) 業(ye) 化的路徑與(yu) 保障”為(wei) 題的主題峰會(hui) 同期舉(ju) 行，會(hui) 上，清華大學氫能燃料電池團隊負責人李建秋發表演講。

　　以下為(wei) 演講實錄：

　　尊敬的衣寶廉院士，尊敬的歐陽老師，王海江老師，尊敬的各位專(zhuan) 家、各位領導，大家上午好!剛才衣老師把國內(nei) 外的情況都做了簡單介紹，郭副市長也把張家口，還有歐陽老師補充的，張家口的戰略意義(yi) 都非常清楚了，下麵就是怎麽(me) 落實，擼起袖子加油幹就行了。所以今天我就匯報一下我們(men) 在氫能燃料電池方麵研究的進展情況，也對後麵的趨勢做一個(ge) 判斷。

　　我們(men) 都知道燃料電池係統我們(men) 俗稱為(wei) 發動機，包括了單體(ti) 、電堆、係統，係統裏麵包括了氫氣係統、空氣係統、冷卻係統、功率輸出控製係統等等。

　　我們(men) 的團隊在歐陽老師的指導下，前麵已經做了十多年了，從(cong) 2015年開始逐步在各種車型上推廣應用。目前我們(men) 取得了幾個(ge) 主要的進展在這裏給大家匯報一下：

　　第一，我們(men) 把流場的設計跟我們(men) 的流道裏麵氣體(ti) 濃度的測量結合起來。因為(wei) 你要提高電堆的功率密度，就必須要能夠知道它的濃度分布是不是合理，所以在這些關(guan) 鍵的技術上麵，我們(men) 首創了國際上的沿著通道，就是流道方向的哪個(ge) 點在什麽(me) 樣的工況下、氣體(ti) 濃度的組分是什麽(me) 樣的，我們(men) 有一個(ge) 比較大的突破，這樣你就能看到，沿著氣體(ti) 濃度的方向，(PPT)右下角圖4，我們(men) 測了，我們(men) 把模型跟測試結果匹配標對完反過來再做改進的設計，就能夠預測我們(men) 的性能。我認為(wei) 這個(ge) 是我們(men) 真正取得很大突破的地方，就像傳(chuan) 統內(nei) 燃機一樣，你有缸內(nei) 的壓力傳(chuan) 感氣，你能看到燃燒的壓力是怎麽(me) 樣升高的，反過來你就可以改你的燃燒室。如果沒有這個(ge) 閉環設計的手段你是提高不了的，所以這塊是我認為(wei) 我們(men) 近期很大的進展。

　　第二，我們(men) 提出了雙循環係統。我們(men) 現在知道一般陽極再循環大家用的比較多，我們(men) 現在把陰極再循環也用上，雙循環，就是陽極和陰極同時再循環，通過陰級再循環，防止電壓過電位，低速的快速啟動、濕度的控製都有很好的效果，在這方麵國際上我認為(wei) 我們(men) 也是首創，量產(chan) 的發動機用雙循環係統。(PPT)這是在實驗室裏做的，這是10千瓦時電堆的雙循環台架，那邊是30千瓦的雙循環。通過雙循環能夠在冷啟動的時候縮短60%的時間。

　　第三，下大力氣進行整個(ge) 發動機的係統集成，各個(ge) 部分怎麽(me) 設計、怎麽(me) 模塊化，同時在發動機控製上麵我們(men) 提出了含水量閉環自適應的控製。我們(men) 都知道，如果你的車要能夠適應春夏秋冬不同的濕度、不同的溫度，而且又有不同的功率變化，水是它生成的產(chan) 物，含水量的控製是非常關(guan) 鍵的，一般如果你不閉環，要麽(me) 就是磨缸、要麽(me) 就是水淹，實際上是失穩的，我們(men) 在怎麽(me) 樣實現水的閉環方麵做了很多工作，像豐(feng) 田做到，整個(ge) 電堆的含水量閉環，我們(men) 現在可以做到，除了整個(ge) 堆，每片的含水量我們(men) 都可以看到，一個(ge) 堆比如說300片，你這裏麵每片的含水量是什麽(me) 樣的我們(men) 都能知道、都能看得清楚，通過這個(ge) 技術能夠提高對電堆工作狀態的診斷。

　　第四，動力係統方麵，我們(men) 實現了電電混合動力，通過這個(ge) 實現它的長壽命。

　　第五，在整車的氫安全方麵，我們(men) 已經做了十多年，安全是始終要保證的，所以我們(men) 在係統設計上怎麽(me) 樣保證係統的安全也做了很多的工作。

　　第六，針對耐久性，我們(men) 也做了很多方麵的研究工作。有的已經開始應用了，有的還沒有，因為(wei) 耐久性特別像我們(men) 的木桶效應，40幾項措施裏麵，如果有一項你處理得不好，這個(ge) 堆的耐久性可能就不行，所以必須所有的綜合措施都得加上來，包括在材料領域、在係統領域、在發動機控製領域，在整個(ge) 動力係統的領域應該怎麽(me) 樣，再把它通過我們(men) 動力係統的循環，把它還原到我們(men) 測試台架上的測試標準，最後通過像右下角這個(ge) 紅線是我們(men) 燃料電池的動態工況，這樣的動態工況下到底能承受多長的壽命，我們(men) 現在基本上做到了1萬(wan) 小時的耐久性。後麵基於(yu) 材料方麵的改進，比如膜電極的材料要能夠超過3萬(wan) 小時，在應對將來到2025年膜電極材料要達到4萬(wan) 小時，不同的車用循環對照下來，能夠做到2萬(wan) —2.5萬(wan) 小時，到2025年我們(men) 的判斷，基本上可以做到跟整車同壽命。

　　基於(yu) 整套的，從(cong) 電堆到發動機、到動力係統，再應用到整車上，目前已經開始產(chan) 業(ye) 化，並且有不同的企業(ye) 已經開始進行相關(guan) 的測試和驗證。(PPT)這個(ge) 是福田的車在張家口崇禮，低溫適應性的情況，證明我們(men) 整個(ge) 燃料電池車可以在零下25度的環境下運行，發動機本身在實驗室裏已經可以做到零下30度啟動，但是我們(men) 在實際車輛應用，還是會(hui) 用動力電池和燃料電池相互配合的關(guan) 係幫助它快速啟動。

　　同時剛才歐陽老師的觀點我們(men) 是很認同的，如果我們(men) 對燃料電池汽車解決(jue) 了它的低溫環境適應性的話，本身整個(ge) 車輛在低溫的環境下運行是非常好的，為(wei) 什麽(me) 呢?因為(wei) 我們(men) 的燃料電池，比如一個(ge) 60—80千瓦的燃料電池發動機，它的輸出廢熱，就像我們(men) 傳(chuan) 統的柴油機一樣是有餘(yu) 熱的，這個(ge) 廢熱大概也是60—80千瓦，這60—80千瓦如果夏天的時候要通過散熱係統專(zhuan) 門散掉，如果是冬天的話，就隻需要，比如說你可以拿它來給乘客艙采暖、給動力電池保溫，所以整個(ge) 車輛在冬天的時候，乘客艙的溫度是可以控製的比較好的，而且它不用消耗燃料電池或者動力電池自己的電量來維持這個(ge) 溫度。

　　所以，我們(men) 說燃料電池汽車是可以做到冬天如果加了整車的綜合熱管理可以跟夏天一樣長的續駛裏程，純電動是做不到這一點的，純電動一定要消耗存儲(chu) 電池裏的熱量來殘熱，不管是PTC的加熱還是好的製熱空調，都是要消耗電量的，消耗動力電池的電量就意味著你的車冬天的續駛裏程會(hui) 變短，但是燃料電池不會(hui) ，燃料電池夏天的時候需要消耗電量來給空調供電，而在冬天的時候隻需要用廢熱給乘客艙保溫和采暖。所以從(cong) 理論上講，冬天的裏程應該比夏天還長，這個(ge) 我們(men) 正在跟宇通和福田，如果張家口夏天不用開空調的話，冬天和夏天的裏程是一樣長的。這個(ge) 也是我們(men) 堅持在張家口的原因，張家口是我們(men) 在北方地區betway在线官网汽車真正跟傳(chuan) 統燃油車同樣續駛裏程的一個(ge) 很好的試驗點。

　　高原環境我們(men) 也進行了測試，車輛從(cong) 北京開到張家口，將來可能還會(hui) 開到比如說唐古拉山等等更高原的，看看我們(men) 燃料電池發動機，現在我們(men) 國內(nei) 也是很少做的，燃料電池發動機裏麵也有空壓機，空壓機在高海拔的環境下是不是也有環境適應性的問題，但是張家口因為(wei) 海拔高度還不算很高，1千多米，這個(ge) 現在測試結果是沒問題的，當然現在就開始產(chan) 業(ye) 化了。

　　所以客車和物流車現在基本上我認為(wei) 已經進入大規模產(chan) 業(ye) 化階段，就是說性能完善，比如功率大一點、電池多一點、熱管理做的完善一點，我們(men) 學校就慢慢的要再往前走一步，就是利用物流車和商用車，把我們(men) 整個(ge) 燃料電池發動機產(chan) 業(ye) 鏈完善了之後，發動機的成本就會(hui) 下降，同時剛才衣院士講的我們(men) 也是非常認可的，發動機的功率密度和降低成本，功率密度上去了、成本下來了之後，下一個(ge) 我們(men) 就會(hui) 殺個(ge) 回馬槍，就是進入轎車領域。在北方地區，燃料電池轎車我們(men) 認為(wei) 仍然有它強大的生命力，現在我們(men) 正在跟北汽，今天北汽領導也有在座，我們(men) 已經做了兩(liang) 輪，這個(ge) 是最新的一輪，現在已經可以跑了，這樣轎車我們(men) 肯定是要幹的。同時，我們(men) 也在跟青島四方幹有軌電車，用的就是我們(men) 客車的電電混合動力係統。現在第一輛車在四方佛山南海正在示範，車已經可以跑了。所以我認為(wei) ，有軌電車將來也是重要的應用場景，傳(chuan) 統的有軌電車需要帶個(ge) “辮子”，要有供電軌道，要麽(me) 上麵有供電電纜，要麽(me) 有第三軌，我們(men) 剛開始不知道，後來一問，它的供電這套基礎設施，包括電網、電站、供電軌一公裏要3千多萬(wan) ，我現在把燃料電池在線發電，就是一輛車增加幾百萬(wan) ，把燃料電池係統裝到車上去，不要這個(ge) 供電軌了，這兩(liang) 個(ge) 軌道是不帶電的，這個(ge) 建設成本大大降低。而且有軌電車，隻需要在始發站建一個(ge) 加氫站就行了，所以這個(ge) 我們(men) 認為(wei) 下麵還有發展的空間。我們(men) 現在給它的氫係統配的35或者70兆帕的，將來如果配上液氫係統，我這個(ge) 有軌電車一天跑下來都沒有問題。當然我們(men) 青島四方去年也拿了個(ge) 獎，就是氫能燃料電池的。

　　再匯報一下我們(men) 正在幹的工作，這個(ge) 是北京市科委給我們(men) 的項目，我們(men) 現在也在國內(nei) 尋求合作夥(huo) 伴，我們(men) 整車企業(ye) 看誰感興(xing) 趣，主要是針對我們(men) 重卡的領域。因為(wei) 燃料電池發動機是可以做到功率偏大的，而且一會(hui) 兒(er) 我會(hui) 有一個(ge) 經濟性的分析，就是說在重卡領域，純電動相比來講，沒有燃料電池這麽(me) 有優(you) 勢，我們(men) 前麵也做了市場的調研，我們(men) 有這個(ge) 長途的客運比如省際物流1千公裏的，一般是6×4的半掛拖車，現在是柴油機改成LNG，就是下麵兩(liang) 個(ge) 氣罐的這種，還有一種針對城市裏的城建車輛，比如渣土、水泥攪拌，8×4的這種，35噸級的，城市建設，像北京公轉鐵，鐵路把基礎建設運到車上，渣土城建車輛就把它運到工地，這種車輛現在純電動電池占的比重比較高。我們(men) 基本上，第一個(ge) 車型就是針對8×4的，這個(ge) 項目我們(men) 現在正在做，我們(men) 會(hui) 研發發動機、動力係統，現在不知道哪個(ge) 整車感興(xing) 趣，加入我們(men) 一起來做，現在福田是我們(men) 的一個(ge) 合作夥(huo) 伴，下麵也有其他的合作夥(huo) 伴感興(xing) 趣，如果感興(xing) 趣回頭可以來找我。

　　我們(men) 基於(yu) 原有的純電平台、LNG的平台來做這個(ge) 工作，我們(men) 將采用液氫的係統，不再采用氣氫了，比如舉(ju) 個(ge) 例子，這是我們(men) 的一個(ge) 初步的方案，我們(men) 燃料電池的功率大概會(hui) 做到160—200千瓦，就是保證在長途的公路八九十公裏可以持續開，加一次氫氣1千公裏，並且我們(men) 會(hui) 采用先進的電動輪技術，就是電機是直接在輪轂裏麵的，就是先進的分布式電驅動技術、大功率燃料電池發動機技術、先進的液氫儲(chu) 氫技術，包括它的綜合能量管理。昨天我們(men) 歐陽老師的報告有一個(ge) 預測，大概重卡2030年左右會(hui) 成熟，我們(men) 要有一個(ge) 提前量，我們(men) 現在就開始要做初步的研究了。

　　第二部分，下一步燃料電池汽車的發展會(hui) 怎麽(me) 樣。

　　剛才衣院士也介紹了相關(guan) 的情況：第一，要保證它的效率。比如我們(men) 現在額定電壓一般是0.6V左右，0.65V，將來慢慢通過材料水平技術進步慢慢會(hui) 提高的，我們(men) 知道反應電壓越高效率就越高。第二，成本。我們(men) 認為(wei) 2025年左右大概是3千—5千元，2030年會(hui) 降到1千元，1千元是什麽(me) 概念呢?像12米公交，一般用50—60千瓦的發動機，1千/千瓦大概5—6元，這個(ge) 錢的成本已經低於(yu) 我們(men) 國6柴油機的成本了，所以將來燃料電池還會(hui) 有顯著的成本下降。

　　(PPT)這是我們(men) 做的一個(ge) 預測，不一定對，黑色的目標是2014年的時候，我們(men) 那個(ge) 時候判斷的，每個(ge) 階段我們(men) 指標大概能夠實現什麽(me) 樣的水平，去年我們(men) 做了一個(ge) 中期的評估，看我們(men) 達到了什麽(me) 樣的水平，大家可以看到，2018年的時候我們(men) 已經實現2.0千瓦/升，而且2.0千瓦/升，不是指峰值功率密度，指額定功率密度，比如像一般轎車上麵，3.0千瓦/升、3.1千瓦/升，那個(ge) 指峰值功率密度，30秒，額定的功率密度現在國內(nei) 外的大概1點幾到2左右，就是像大連新源大概1.9，大概是這個(ge) 水平。鉑載量0.4，成本大概1萬(wan) 元，耐久性基本上做到了1萬(wan) 小時。可以看到，藍色的目標是基於(yu) 2018年取得的成果和國內(nei) 外的形勢，重新做的目標，功率密度、低溫性能，這些我們(men) 都做了向上修正，對於(yu) 轎車的續駛裏程我們(men) 也做了向上修正，包括耐久性也做了向上修正，我們(men) 關(guan) 鍵技術這幾年做的，而且我相信，現在我們(men) 因為(wei) 大企業(ye) 大量的加入，將來燃料電池汽車的技術進步還會(hui) 呈加速的趨勢，到2025年我們(men) 大概可以做到3—4千瓦/升，零下40度，係統的成本會(hui) 降到2千—3千元，到2030年會(hui) 降到1千元。所以，尤其是我們(men) 北方地區，還是要堅持走燃料電池的路線，從(cong) 大車開始，甚至高車。如果到2025年我們(men) 做到2千元/千瓦，轎車比如50千瓦也就10萬(wan) 元，我想一個(ge) 整車加起來賣25萬(wan) 左右B級車是可以的，所以我認為(wei) 將來還是會(hui) 有很好的潛力。

　　國際上也有不同的預測，(PPT)這是各個(ge) 國家做的預測，燃料電池增長的幅度都會(hui) 越來越大的，而且從(cong) 我們(men) 國內(nei) 的情況來看，我認為(wei) 燃料電池在商用車領域替代的速度會(hui) 進一步加快。因此，我們(men) 不斷的調整這個(ge) 目標，還是堅持2020年左右我們(men) 國內(nei) 會(hui) 達到年產(chan) 1萬(wan) 輛的目標。

　　液氫我們(men) 想給大家講這個(ge) 故事，大家也看到了，今年可再生能源與(yu) 氫能的專(zhuan) 項裏麵就出現了液體(ti) 儲(chu) 供氫技術課題的指南，這也是應對形勢的變化。大家可以看到，從(cong) 燃料罐的體(ti) 積跟燃料罐的重量，液氫35、70兆帕都是有優(you) 勢的，也是離傳(chuan) 統燃油車的燃油能量密度最近的。液氫當然液化是需要能量的，我們(men) 也跟高壓的氣氫做了一個(ge) 比較，在中等規模的液化，1公斤氫氣液化大概是10—15千瓦時的電量，到2030年，由於(yu) 液化工藝的改善，可以做到7公斤，大家可以看到，你把氫氣加壓到70兆帕，加壓也是要6千瓦/公斤的，這樣等到2030年前後，液氫的單位能量能耗就跟氣氫接近，但是液氫的能量密度可以做到10%的重量比，尤其是罐子越大它的重量比越有優(you) 勢。氣氫現在70兆帕大概是5%的重量比左右。而且可以看到，這是日本岩穀的液氫輸運，在儲(chu) 存方麵都是液氫的儲(chu) 罐，所以我認為(wei) 我們(men) 國內(nei) ，在儲(chu) 運方麵、輸運方麵，液氫先做起來，我們(men) 團隊更加激進一點，國外我們(men) 也分析了，像美國的尼古拉1，他們(men) 重卡的概念現在實測還沒有出來，但是他也用的液氫的方案。

　　我們(men) 比較一下燃料電池重卡跟純電動重卡的對比，假設3千元/千瓦，一個(ge) 160千瓦的燃料電池發動機大概50萬(wan) ，氫係統大概18萬(wan) ，18萬(wan) 其實是有富餘(yu) 的，LNG的儲(chu) 罐不會(hui) 要18萬(wan) ，LNG跟液氫LH罐的整個(ge) 係統，除了溫度更低之外，整個(ge) 係統是非常類似的。因此，我也配電電混合動力係統，我要有12萬(wan) 、60度電，它跑500公裏這是沒有問題的。右邊，我們(men) 按照比如重卡100公裏大概200度電，這樣500公裏的續駛裏程大概1000度電，按照現在係統能量密度160瓦時/公斤，大概6噸多。其他的我認為(wei) 都不變的話，動力係統的成本可以看到，燃料電池是90萬(wan) ，那邊是110萬(wan) ，這是我們(men) 30元/千瓦算出來的結果。剛才我講了，如果我們(men) 按照1000元/千瓦，這個(ge) 成本會(hui) 更低。所以，重卡燃料電池我認為(wei) 有先天的優(you) 勢，從(cong) 它的重量、從(cong) 成本都會(hui) 有優(you) 勢，這個(ge) 就是現在北京市科委支持我們(men) 正在搞的，科委給我們(men) 提了一個(ge) 要求說，第一，你必須跟福田這個(ge) 整車單位合作，第二，你必須拉一個(ge) 北京不是整車的企業(ye) 合作，我們(men) 就想跟哪個(ge) 企業(ye) 合作，比如東(dong) 風、一汽感興(xing) 趣我們(men) 一起來做，整車、底盤、集成到時候我們(men) 一起來做。