钜大LARGE | 点击量：852次 | 2022年09月07日
王晓华：氢能燃料动力锂电池新能源汽车发展现状
五月十九日至二十一日，“第八届我国国际储能大会”在深圳隆重召开，来自我国、美国、德国、英国、加拿大、西班牙、日本、韩国、澳大利亚等国和地区1500余位政府机构、科研院所、行业组织、电力公司、新能源项目单位、系统集成商等代表出席本次大会。
来自上海燃料动力锂电池汽车动力系统有限公司的技术总监王晓华先生发表了题为氢能燃料动力锂电池新能源汽车发展现状的精彩演讲。
演讲内容如下：
王晓华：非常高兴今天有这样的机会，感谢会务组，也感谢大家的莅临。我今天演讲的题目是“氢燃料动力锂电池新能源汽车的发展现状”。我是来自上海燃料动力锂电池汽车动力系统有限公司，我们公司成立于2001年，是之前科技部部长万钢从德国回来之后，万部长联合同济大学与上汽集团成立这家公司，也是我国最早做燃料动力锂电池和动力系统的公司。重要演讲的内容分为四部分（见PPT）。
燃料动力锂电池的工作原理，我们了解电解水的逆反应过程，电解水，水电解生成氢气和氧气，燃料动力锂电池是把氢气和氧气通过电化学反应生成电，出现水。这个过程首先不是一个内燃机，是电池电化学的反应过程。它的能量转化效率，直接由化学能转化为电能，和我们的内燃机比，内燃机是化学能转化成热能，再转化成机械能，再转化成电能，所以它的效率比较高，通常可以达到60%左右。首先氢气在阳极通过催化剂的催化，质子和电子分开，质子通过质子交换膜到达阴极，电子从外电路走，在阴极和氧分子反应生成水。燃料动力锂电池和锂离子电池的差别，锂离子电池是储能装置，燃料动力锂电池更多的是发电装置，相当于是发电宝，简单是发电机，锂离子电池是储能装置。
符合Exic IIB T4 Gc防爆标准
充电温度：0~45℃
-放电温度：-40~+55℃
-40℃最大放电倍率：1C
-40℃ 0.5放电容量保持率≥70%
燃料动力锂电池的分类有很多种，包括前面讲的SO、FC以及质子交换膜电池、聚合薄膜等等，重要是根据他们的工作温度和应用场景不同。我今天重要是讲质子交换膜燃料动力锂电池，也就是车用的质子交换膜燃料动力锂电池为主，首先工作温度是在零下20度到零下80度。国外的水平，温度逐渐提高，温度提高对整个效率都会有帮助。质子交换膜的反应公式有阳极是氢气，把核电子进行分离，出现质子在阴极还原。右下方的图是膜电极完整的结构图，两侧黑色的部分是气体扩散层，重要是新增氢气的反应面积，以及疏水，反应过程中会出现水，重要排水的用途。中间黄色部分是催化剂。中间的紫色部分是质子交换膜，整个统称为膜电极。
燃料动力锂电池和锂离子电池相同，有很多单体组成，由很多单体串联在一起，和锂离子电池单体相同，组成一个电堆。一个单体里面有双极板、气体扩散层、膜电极、质子交换膜等。膜电极里面所有重要的材料在里面有，质子交换膜、MEA，现在以铂金催化剂为主，也有其他的贵金属甚至是非金属类的催化剂，另外就是碳纸，重要是气体扩散和疏水的用途。从极板的角度来说，重要是石墨板、石墨复合板和金属超级板，现在看到的像巴拉德重要是以金属板为主。国外的技术是乘用车，像韩国现代、丰田等等，重要还是以金属板为主。
极板的比较，石墨板、金属板和石墨复合板，从制法上，首先制备工艺以及优缺点都有不同，石墨板现在整体的用量最大，包括大巴类、美国的叉车在美国的保有量有2万多辆，大巴类和物流车重要是以石墨板为主。金属板有良好的导电性、传热性，以及阻气性，在乘用车未来的趋势是以金属板为主。还有复合板，复合板是铂金属作为分隔板，有留孔的碳板作为流程板，以及极薄的导电圆孔。大连的一个公司重要是做复合板，包括上汽荣威950的车型、680车型真正进行量产的产品还是以复合板为主。
燃料动力锂电池要想工作还要配备氢气系统、空气系统、水热管理系统和其他零部件，氢气和空气重要是为它供应适当的压力、温度、湿度、流量的氢气和空气。燃料动力锂电池的工作是希望温度控制在合理的范围，所以在它出现的热也要排出来，整个温度场的分布要更加均匀，要新增水热管理系统。控制系统是保证燃料动力锂电池系统稳定可靠工作，对关键执行机构进行故障诊断，包括空压机等的使用，以及各种管路、阀门的开闭等等。
燃料动力锂电池系统的零部件，刚才讲的是电堆内部，左上角的是一个电堆，旁边是德国的一个公司金属板电堆，相当于是燃料动力锂电池发动机的心脏，除了它，空气重要是通过外部压缩机给它增压，把空气供到系统里面，要求重要是无油，另外功耗要求更低、体积小，噪音更小。辅助系统里面的空压机是重要耗能部件。还有增湿气，水在系统里面不直接参与反应，但是质子传导过程中水作为载体。所以电堆之前要新增增湿气，一方面供应水，也起到热管理的用途。还有回氢泵，是加在氢气侧，首先把堆内的剩余氢气进行循环，提高氢气的利用率。因为它可以新增流速，反应过程中会出现水，水不能及时排出，会出现水烟，对单体的影响很大。所以它的好处，另外就是新增水的流速，减少氢气侧的使用故障。
前面重要是讲基本的原理，燃料动力锂电池和锂离子电池做了一些比较。这是一些公开资料（见PPT）。
在车用的领域，燃料动力锂电池和纯电动在什么样场合，包括插电式混合动力，应该在什么样的场景使用。在短途或者小型的电动汽车来讲，纯电动应该更具有优势。比如100、200甚至300左右的里程纯电动可以做到。有关大型大巴，物流车以及高端的轿车，由于在整个的储能要求、储电量要求更多，锂离子电池的经济性特别差，燃料动力锂电池可以解决这点，它新增里程只要新增氢瓶的数量，新增车载供氢的重量就可以。有关高端一点的轿车，像丰田和本田的车型，它燃料动力锂电池的功率可以做到110KW，所以有关性能要求高，有关动力要求高的燃料动力锂电池会更适合。根据日本的预测，在2050年内燃机的下降非常快，大概会下降90%，这里面的燃油、纯电动、混合动力、燃料动力锂电池，我们认为在长期的发展趋势中会并行，而不是有燃料动力锂电池就没有纯电动或者没有混合动力。
2017年全球的燃料动力锂电池的销量是3260辆，在整车销售来说是很小的数量，但是这个上升的趋势，2016年是2312辆，上升趋势大概40%，全球的纯电动的上升是2016年、2017年上升58%左右。从体量来讲，燃料动力锂电池依然很小，未来的发展趋势可能推广起来更艰难。但是整个上升的比例还是比较高的。另外我国燃料动力锂电池汽车的规划，2030年是200万辆，2020年是1万量，2025年是10万辆，前面也有嘉宾讲过，世界的燃料动力锂电池看我国，我国的燃料动力锂电池看上海，我国整个市场，新能源汽车的支持力度，国家层面非常大，从技术的现状来看，这个阶段，特别是物流车、大巴车的推广非常有助于燃料动力锂电池车辆的推广。
这是续航的比较，包括现在的纯电动的车型和燃料动力锂电池车型的比较，从这里面看，长途的车型里面以燃料动力锂电池为主，比纯电动最大的好处是可以续航里程更长。加氢方面和充电方面做的比较，加氢的时间一般在3-5分钟，和加油，从用户的使用感觉来说更接近。纯电动，即便是快充，也要30分钟以上，慢充可能要几个小时。当然加氢的过程中，也要很多加氢的注意事项（见PPT）。美国燃料动力锂电池汽车和纯电动销售的情况，售价。丰田的车型大概是5万美元左右，在同档次里面，比特斯拉肯定要便宜，但是比其他同款的EV的车型还是要高。它是介于高端和低端纯电动之间的车型。也有机构做过测算，国内的燃料动力锂电池百公里的纯电动和燃料动力锂电池的比较，假如使用私人的充电桩0.5元/KWH，公共充电桩电价1.5元/KWH，充电桩效率90%，加氢站氢气价格40元/KG，和燃油比氢还有点好处。加氢现在的成本还有很大的下降空间，未来我们做过测算，2025年左右可以降到10-20元这样的级别。
这是国家2018年的补贴政策，纯电动的补贴大家都比较清楚，每年在退坡，从2016年开始，每年退坡的比例还是非常大，到2020年可能全部都没有了。燃料动力锂电池在补贴上的力度依然非常大，有关大巴和物流车，现在大巴的车型，国补50万，地补50万，去年上海的补贴地补是60万，一辆定价130万的车，加上国补、地补的费用是110万，你只要花20万左右就可以拿到车，而且每年还有十多万的加氢补贴。轿车国补是20万，地补是根据地方政策，有的1：1、有的1：0.5。从国家补贴政策里面可以看出国家发展的方向和目的，从大巴的角度，技术的角度大巴更容易，大巴空间更大，工况使用没有乘用车这么恶劣，响应时间以及可靠性相对乘用车更低。但是补贴政策更多。轿车反而更少，最重要的原因是两方面，加氢站的建设上，加氢站滞后于车型的发展，从大巴和物流车的定点运输，一个城市要一两座加氢站就可以。从基础设施的推广上这种更适合短时间的推广。国内的技术现状看，特别是金属板和大功率燃料动力锂电池相比，国内和国外的差距很大。所以短时间内更多要扶持本土公司。
燃料动力锂电池汽车技术对标，我们现在看到特别多的本田和丰田，以及现代，以及通用，包括近年公布的还有很多，包括奔驰等等车型。我们看到从功率上来讲，燃料系统功率，乘用车的国外水平大概都在100KW、114KW，国内做轿车的整车公司比较多，但是投入很大，并且做了产业化、量产化的还是上海的上汽集团，荣威950，是增程车型，功率上并不是主驱，是偏增程的模型。它里面也要配锂离子电池，但是数量很小，可能1、2度电，重要是为了峰值功率的补偿，还有稳压的用途。续航里程，国外的氢瓶用70MPa，国内重要是35MPa为主，加氢站除了之前有一家70MPa加氢站，国内重要还是以35MPa加氢站为主。
这是点对、催化剂、交换膜、碳纸、MEA、双极板，我们重要提两个点，一是寿命的问题，昨天和汪教授一起晚宴，汪教授特别关注国内燃料动力锂电池的寿命和使用现状是什么样的，我们参与国家项目比较早，2001年、2002年国内游自主燃料动力锂电池轿车的发展，累计到2016年左右，我们参与完成的燃料动力锂电池的轿车大概有70多辆，观光车100多辆，加上其他的车型200多辆。重要是以国家的示范项目为主，整体的运营，单车的功率数不到2万，并且项目结束2-3天之后就没有持续的运营。我昨天晚上特意查了资料，上汽的950车型，现在国内运行时间最长，大概接近10万公里，并且继续在开。像国内的系统测试里面，完全是按照乘用车的工况做的，系统测试下来是5000小时，衰减百分之十几。现在新组的系统里面已经测试的时间是2500小时，衰减只有一点几，他们还没有进行全功率的测试，测试时间比较短。另外催化剂里面，重要是以伯族催化剂为主，国内重要是1.1每千瓦每克，这个趋势逐步下降，现在基本上可以做到零点几千瓦每克。
这是日本的燃料动力锂电池发展的路线图，从2015年到2040年的整个发展规划，包括车型的数量，到2040年大概是80万辆，燃料动力锂电池的自主普及要逐步扩大，并且在加氢站，一个国家或者一个城市燃料动力锂电池汽车发展的好与坏，你直接看它的加氢站的数量就可以了解到实际应用的情况。日本计划在2030年建230座的加氢站。这是日本的一些相关的研究，日本对燃料动力锂电池的研发非常早，从2001年、2002年就有，当时我们参加比赛的时候，以及奥运会之后在加州做示范应用，同时丰田的车型、本田的车型都有。并且近期公布燃料动力锂电池产业园之后，日本的公司非常敏感，短短不到两个月时间，有好几波代表团去上海做调研，对整个园区的调研是非常密集的。
韩国，我们感觉韩国是一个小的国家，研发力量没有那么强，韩国在燃料动力锂电池的发展是非常、非常快的。现代上个月到我们的园区进行考察，并且在今年汽车北京的车展上公布了它新的车型。到2030年每新增12辆新车，其中有一辆属于新燃料动力锂电池汽车。
美国，燃料动力锂电池，其实在零几年，燃料动力锂电池是高峰期，美国的投入很大，包括在加州周边建了几十座加氢站。中间有一段时间，美国能源把燃料动力锂电池停掉了，最近有恢复。包括税收的减免等等政策。
欧洲的发展规划，特别是加氢站上有明确的数量，到2030年，德国的加氢站是在1000座，加氢的车辆是180万辆，加氢站方面，国内的加氢站，氢气在国内属于危险品气体，它从管理上和审批流程上非常严，通常要报到发改委，发改委再往其他的部委联合审批，并且真正意义上的牵头单位非常少，可能到环评、安评下来，这一圈非常长。国外很多加氢站和加油站在一起，甚至充电站，三站合一的模式进行加氢。在日本家用的氢气的量也非常大。
这是大概的各国的加氢站的布局，未来2020年、2030年的初步预测，整体的上升趋势是非常明显的。这是我国燃料动力锂电池的发展规划，对各个环节的技术和加氢站的情况做了比较详细的描述和预测，2030年续航里程大于500公里，最高车速180，其中很关键的指标是轮启动零下40度，每百公里耗氢1公斤，成本是小于15万。补贴政策有关功率的要求是大于30KW就可以拿到补贴，理论上讲，从技术发展角度它画了一个门槛，有关大型的车联网或者更高功率的燃料动力锂电池来说，未来的需求可能要更大。
这是我国氢能产业基础设施的蓝皮书，这里面从产值目标、产业目标、节能减排、装备制造、支撑体系以及制氢、运输、氢能的利用上面，一些关键的技术的点以及整个的发展目标做了非常清晰的描述。特别加氢站方面。现在的加氢站重要使用的氢气来源，上海是工业副产氢为主，像宝钢的副产氢，以及一些地方的石油化工产氢为主，拉到加氢站充装，拉过来的压力比较低，通过压缩机增压到30多MPa。
燃料动力锂电池在发展过程中，2010年前后是高潮，特斯拉推出之后，燃料动力锂电池在车用发展的低谷，丰田的新产品出来之后，燃料动力锂电池行业重新发展起来，2015年开始，从公司的角度能够感受到整个行业热起来，民间资本，从调研的机构，包括业内做系统的以及做整车的重视程度都完全不相同。我们听到的重要是广东、佛山、武汉、深圳，深圳之前也有，世博会的时候有60多辆燃油车观光车在运营，但是实际上国内现在很多的城市、很多的省市都有非常大力度的支持，并且都有相关的公司在里面。
像佛山，广东省整体的氢能发展规划，广东省的省领导对燃料动力锂电池发展支持很大，明确提出加氢站的补贴，单站补贴在800万，之前国内的加氢站，每座站400万，2016年就过期了，现在佛山的加氢站政策才是有可能落地的政策。以如皋、南通为基地，建设我国全产业链的，包括单体、系统以及整车以及加氢的建设。武汉市今年公布了自己的发展规划，建设5-20座的加氢站，示范运营的规模是到2025年，是有3-5座的领军公司，30-100座加氢站规模的建设。
我来自上海，对上海的政策更了解，并且上海是2017年九月五日公布《上海市燃料动力锂电池发展规划》，我们是参与的起草单位之一，实际上这个规划是从2016年就开始收集相关公司的政策，整个规划做的时间最终到公布接近1年时间，然后从近期目标、中期目标和长期目标都做了非常详细量化的指标。其实这里面大家可以关注几个关键词，近期目标到2020年，实现氢能与燃料动力锂电池汽车技术跟踪国际水平，到2025年实现技术同步国际水平，2030年是国际领先的水平。这里面我们做调研的时候就明确的感觉到，国内现在的技术发展的现状和国际，特别是和日本的技术差距。有关近期目标还有非常详细的解读，包括从电堆、系统的控制以及关键零部件的控制，以及关键零部件的认证检测和整车开发的技术，聚集超过一百家燃料动力锂电池相关的公司，培育国际有影响力的氢能和燃料动力锂电池研发中心和检测中心，还有年产值150亿的发展目标。
上海市的相关燃料动力锂电池公司（见PPT）。
上海市的加氢站的选址，从左边的图可以看到，是属于郊环，整个市区内会少一点。重要是基于上海的氢源的基地。这是二月六日公布的，左边的图是我们所在的园区，45亩，规划一座加氢站。燃料汽车的发展模式，我们倡议以共享班车等为主，还有分时租赁的车。物流车，现在上海实际运营的物流车大概有500多辆，重要是给京东以及中通等等物流公司，以及仓储类的车辆作为运营。燃料动力锂电池汽车的发展面对很多挑战，包括加氢站的选址、牌照的发放，上面受到很多的制约，公司的积极性非常高，国家的层面或者地方政府层面，具体的执行会发现这是新兴产业，很多政策并不完全配套。技术体系还有很多零部件，依赖于产业化上升去降成本。典型的应用的牵引，车型都有，缺乏大规模的运营，去年整个的燃料动力锂电池的销量，国内大概是一千多辆车，全国加起来的数量。氢燃料动力锂电池的发展要政府主导规划，明确燃料动力锂电池汽车发展的规划和方向，同时打造燃料动力锂电池汽车产业发展中核心的技术链、产业链和价值链。实现关键零部件、关键技术的突破。
我的演讲到此结束。谢谢！
（本文根据现场录音整理，未经本人审核）
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