钜大LARGE | 点击量：488次 | 2023年02月24日
上海捷氢科技蔡俊 ：燃料动力电池汽车在中大型商用车领域极具优势
我今天演讲的题目是燃料电池商业化的应用和产品的开发，主要想分享一下以前在上汽集团做燃料电池系统和燃料电池整车开发的经验，以及我们对燃料电池商业化应用的前景分析。
第一部分我们想从氢能角度做整个燃料电池全场景分析，想看一下未来在整车领域，燃料电池到底在哪些整车市场更加有可能实现突破。第二个简要介绍一下上汽集团，包括我们捷氢科技在燃料电池领域生根多年的一些经验和收获，最后还有一些对于行业的建议。
刚才早上余教授也讲到了，大家如果把燃料电池往更广的范围去思考，从氢能角度来想，燃料电池这个问题一下子就想明白，其实氢能作为一个清洁的二次能源，到2050年整个国际氢能委员会预测，氢能相关的能源需求占整个世界能源需求的18%，这个18%是什么概念？
它代表全球60亿吨二氧化碳的减排，也代表一个22.5万亿美元的巨大市场，同时跟氢能相关的产业链将会催生出3000万个以上的职位。其实我在美国经历过燃料电池好几轮的起起伏伏，美国最近重新审视它的清洁能源的战略。
美国其实从去年提出它的DOE，能源属提出一个H2@Scale计划，这个计划可以看到氢能是一个尚可连接应用端，一次能源端，下可连接应用端的清洁能源载体，这个清洁能源载体其实除了整车以外，在很多领域都有应用。
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%
我国从2016、2017年开始燃料电池市场重新升温之后，在今年从1-7月这个产销其实都是超过1000辆，产量是1176辆，销量是1106辆，这个数据比2018年同期有一个现场显著的增长，目前为止累计整车运行数量是超过4000多辆。
其实根据国家规划，到明年燃料电池运营量累计超过5000，到2025年达到5万，到2030年达到百万，但是这样催生一个问题，在各个车型从小的乘用车到大的重卡，那么哪些车型是燃料电池比较合适的应用场景？我们也是做了一个比较定量化的经济性分析。
首先就是交通运输领域毫无疑问是燃料电池在的主要能量输出端的领域，从出货量以兆瓦为单位来计算，燃料电池整个在整车交通运输领域占一个大头。
右下角这附图其实是国际清洁能源委员会预测到2050年，从0-5000公里驾驶范围内各种出行交通工具，氢能在各个板块中的渗透率，颜色越深代表氢能的渗透率越深。大家其实可以看到船舶、飞机这个领域其实燃料电池可能到2050年应用量不会特别大，但是整个汽车领域，当车到达一定大小之后，尤其是中型车和大型车燃料电池占有率非常高，到大型车燃料电池占有率超过50%。
我们根据整个燃料电池从销售开始，到它整个产品周期做一些分析，我们用一个叫TCO，全生命周期成本分析燃料电池系统，其实从它的直接金钱成本来说，燃料电池车有购买成本，购买之后有一个使用成本，就是定期加氢的成本还有维护成本。燃料电池有一些件，一定时间内是需要更换的，剩下燃料电池残值再加政府补贴的费用，这是燃料电池整个TCO的综合，但是除了TCO以外，其实推动燃料电池往前推进还有其他一些因素。
比如说政策因素，包含除了补贴以外，比如说特定牌照权限，特定区域路权倾斜，还有特定场景的需求。大家也知道中国在长城以北，可能很少见到纯电动汽车，那是因为电池在低温环境可能从性能和寿命来说衰减都比较厉害，但是燃料电池其实在零下环境很有优势，所以特定的一些使用场景，还有一个就是需要长时间连续运作的场景，这些场景其实就算电动车能够从续航里程达到它的要求，但是因为有一个很长充电时间，所以它的使用特性也是无法满足这些需要长时间连续运营的这些车辆的场景需求。
最后一个就是氢资源，氢作为工业副产品可以在有丰富副产氢的地方，做一个非常低成本的能源供给，同时从整个车辆来说，我们也是对比了燃料电池车，纯电动车和传统内燃机车动力形式的差异。
传统内燃机车整个动力总成是由发动机、变速箱和油箱组成，电动车现在在中低行驶里程领域还是占据主导优势，因为电动车本身相对来说从整车复杂性来说，先天具有比较简单的优势，因为动力电池车主要驱动源就是动力电池系统，可能需要一个电驱系统再加一个电控系统就可以。
但是燃料电池车从整个系统架构来说，天生就是相对比较复杂的，因为燃料电池车需要有一个燃料电池系统，也需要燃料电池储氢系统，同时从起停的角度，从能量回收的角度，它又需要一块比较小的动力电池，同时也需要电动车相关的电动车所需要的电驱系统和电控系统，所以它本身产品复杂性导致在购车成本方面相比电动车还是要高一点。
从政策补贴角度来说，燃料电池车今后一段时间还是有补贴，但是电动车可能在明年退坡完全结束了。
经过这些定量化的计算，基于一定假设之后，我们以万元为单位来计算，比较绿色的是燃料电池，蓝色的是纯电动，灰色是传统的内燃机车，我们得出一个结论，从乘用车到轻客，到轻卡，它的总TCO成本以2022年的补贴政策为假设，其实是不占优势，还是会比其他两类车TCO会高。
在中卡和重卡领域，谈的整个TCO使用成本在2022年已经能够做到第一。在42吨重卡领域，它会比另外两种高，这个高主要原因是42吨可能需要2个燃料电池系统，因为一个大功率燃料电池系统一百千瓦级别的这个功率可能不足以驱动整个42吨这么重的一个车型，所以它因为需要两三个燃料电池系统，所以它的整个TCO也是比较高。
这个是附带的购车成本，燃料电池在小型车领域相比其他，最近几年也是不占优势，但是中卡和重卡领域，燃料电池车其实也是有相当大的优势，这是基于一定补贴政策为基础。
这是我们认为氢气价格在多少的区间，能够使燃料电池整个TCO比较有优势，其实我们分析下来的结果就是说氢气价格希望能够降到每公斤35元，在这个基础之上，重型卡车已能够处于盈利区域，就是说右边重卡和中卡，相比其他车型它的整个TCO占有优势。
35元是个什么概念？我们现在因为加氢站数量比较有限，多数地方加氢成本大概是60-70元一公斤，也就是说我们的氢气使用成本，需要再降一半以上。我们在特定燃料电池领域，即便在补贴退坡情况下，燃料电池车型整个生命周期成本也是具有一定优势的。
我们认为可能在2025年燃料电池补贴就没有了，即便在补贴没有的情况下，基于一定氢气价格，我们为大型客车重卡燃料电池本身从整个产品生命周期成本来说也是有很大的优势。
我想再简要介绍一下我们捷氢科技的情况，可能有一些观众对捷氢科技比较熟悉。捷氢科技去年从上汽集团整个集团剥离出来一个专注于燃料电池系统和储氢系统，以及提供燃料电池整车工程服务的公司，但是我们承载着上汽在过去18年期间，在燃料电池领域的经验，其实上汽最早做燃料电池是跟通用汽车一起合作的一款叫凤凰一号的一个燃料电池样车。
那个车其实是为了证明燃料电池这条技术路线还是可以驱动车的，在2008年的北京奥运会和2010年世博会期间，上汽也是借助这两个大会的机遇，在2010年推出了174辆燃料电池汽车，2011年参加了一个必比登挑战赛，这个挑战赛上汽集团获得的总分。
2014年我们推出荣威750燃料电池轿车，这是基于荣威750整车平台开发，当时技术参数从现在角度看还是比较低，因为续航里程只达到310公里，整个也是使用三型35兆帕出格储氢系统。2016年借助国家创新工程的项目，我们完成了荣威950燃料电池整车开发，这是国内首款完成公告、上牌、销售的燃料电池轿车。
这个轿车经过之前的技术积累，它的参数已经达到续航里程430公里，使用三型70兆帕储氢系统，搭载的是P240，就是新源开发的燃料电池电堆。在2017年我们的轻客开始在全国几个地区运行，其中有一个地区就是辽宁新宾。新宾冬天的气温平均是在零下10度，这个车队40几辆车在新宾运行，从运行情况看也是相当不错。
所以2018年就有了捷氢公司，我们陆续发布了公司的Logo，燃料电池系统产品，又通过联合国UNDP项目，做了辆燃料电池大巴。这个大巴在上海安亭镇，每天运行，单程是7公里的路线。
最后在今年4月份上海车展期间，我们推出了大通G20燃料电池系统，这个系统搭载我们全新390燃料电池系统，它的分值功率可以达到净输出92千瓦，从所有技术参数来说是完全能够跟丰田燃料电池整车系统做一个对比。
我们做了这么多年燃料电池开发也有很多感触，从技术层面有以下这么几点我觉得可以跟大家分享。
我们一直坚持自主开发，从燃料电池核心零部件到电堆的核心零部件，我们具有核心关键技术自主知识产权，到现在为止一共获得350份左右的专利，同时积极参与全国氢能行业标准的制定。现在阻碍整个燃料电池发展的一项就是有很多法规和标准其实并不是很健全。
第三，我们一直坚持商乘并举，即便未来几年燃料电池会在商用车落地，但是我们一直是用造乘用车的理念和造乘用车的标准来做商用车。我们一直认为五到十年以后，燃料电池在乘用车还是会有机会的，所以我们是通过做乘用车来攻坚，将乘用车的经验落地到商用车应用，也是有非常完整的开发体系。
所谓的三高实验，高寒高原高热，我们每年高寒是去黑河做标定。高热是在海南做标定，高原是在青海或者云南做标定。整车氢安全、电安全和碰撞，我们也是通过非常多的测试，现在大通这辆车在新宾单车最高运营里程超过5万公里，荣威950现在单车运营里程也是超过5万公里，并且这个数字每天还在增加。
我们主打三个产品，我们用2和3这个数字代表我们产品的代数，2是200系列的，3是300系列，后面这个数字代表它的一个功率输出。我们前一代产品在FCB80和荣威950上面是240燃料电池系统，它的输出功率是40千瓦左右，它的低温启动能力是在零下25度，效率是51%，最近我们又开发了260燃料电池系统，这个燃料电池系统为了应对国内一些整车客户需要快速拥有燃料电池整车需求，我们也是开发了额定功率66千瓦这么一个燃料电池系统，它具备零下30度启动能力。
我们拥有最新完全比肩丰田燃料电池系统峰值功率92千瓦，最高效率60%，具备零下30度，不借助任何外加热源，能够自启动这么一个能力。所以从整个电堆总功率，从电堆功率密度，我们用的是无空气增湿技术路线，能实现零下30度的启动。从这些参数来看，我们已经具备和国际一流车企对标的实力。
这里再深入介绍一下P390产品及它的各个技术性能，从性能来说它具备低温适应性，也具备高原环境适应性。我们采用的核心零部件是大流量高压比的，高速空压机，循环泵，还有大功率DCDC零部件设计。我们采用阳极增湿，通过氢气循环泵做一个增湿，并没有用空气增湿这条技术路线。
从机械计算角度，我们也是参考了丰田机械角度，但我们认为未来整个燃料电池系统一定是非常一体化的高级系统，所以我们还是坚持走一体化前舱布置燃料电池集成方案，这个系统是对于各个车型都可以有一定的更改性和适应性，这个系统主要是放在大通G20乘用车上，G20因为前舱相对比较窄，但是它比较深，所以我们这款系统目前有这么一个造型。
如果是其他整车我们也可以通过改变核心零部件位置，甚至改变电堆放置的水平或者数值，变化应对不同整车平台。从安全性角度除了氢安全以外还有氢浓度泄露预防，对于振动和冲击保护还有就是高压安全以及软件的功能安全角度，这些都在这套系统中有体现。
从整个控制算法开发来说，这套系统用的是智能能量的管理算法，从燃料电池大变载，从不同状态切换和诊断来说，大家也知道燃料电池现在特别大的连续加降载，可能燃料电池经常造成局部的欠气。我们通过先进控制算法，从很多程度上可以弥补连续加降载对燃料电池电堆造成的损害，还有就是对于零部件的一个诊断。
同时，从电气的角度，从绝缘的角度，从整车电磁干扰预防的角度都是符合最新的技术标准。
这个260系统它的额定功率相对低一点，是66千瓦，它的特点就是关键零部件都是使用国产的，这个其实也很关键，因为燃料电池现在除了技术以外，另外一个难点是降本。降本的一个核心是用高质量国产件替换某一些进口零部件，这款产品零部件国产率非常高，同时它也有智能能量管理系统。从机械电气集成角度，这款产品兼容性很大，对于物流车平台兼容性都可以做到。
安全涉及的角度和刚才390系统其实一样，对于整车安全也是做了一个相当高的标准。目前为止刚才提到就是这三个车型是我们已经对外发布、销售并且在实车运行的三款产品，一款荣威950FCV，这个车是使用70兆帕三型氢瓶，它的续航里程达到500公里。还有就是一个燃料电池客车，这个客车续航里程也是达到560公里。
这三个车单车运营里程和总运营里程都积累到相当的数量，并且每天还在增加。这五款车是今年或者明年将会陆续推出，并且完成公告和销售的车型。左边是大通G20的乘用车，它是一个多用途车，在4月份上海汽车展上已经对外发布了。第二辆是物流车，第三辆车是重卡，第四辆是轻客，第五辆是重卡，这些我们已经都将搭载我们P390燃料电池系统，并且已经在整车开发的中后期，我们已经有样车做各种测试，在明年将会在市场上和大家见面。
大通G20这款车因为用的是P390燃料电池系统，从整个技术参数来说，我们也是对比了现在现代的这款车，丰田的Mirai，本田的Clarity还有荣威950轿车。
从整车的技术参数来说，与世界上领先的整车参数毫不逊色。我们也很自豪的对明年这辆车真正量产，有一个非常大的期待。
最后讲一下我们通过多年的积累对行业的建议。专家对于在哪个车型上应用，目前的看法也都比较一致。我们通过计算也得出结论，燃料电池技术要发挥它在客户体验、长距离栽重、运输上的优势，所以在今后的一段时间内，一定是以商用车的中重卡，以及长途运输的客车作为布局的重点。
同时我们也要借助真正的示范运营和量产运营，为乘用车的技术研发做一个储备。因为中国汽车市场的销量和保有量，承运车与商用车大概是4:1。我们认为未来燃料电池在承运车一定也有机会。
第二，燃料电池的技术应用我们非常坚持，一定要自主研发。有一些核心技术并不是可以用钱买来，就算用钱买来也一定不是持久的，我们所有的技术都掌握在研发的基础上。同时核心零部件的产业链，一定要打造健全、自主可控的核心零部件产业链。
第三，我们觉得氢气应该像柴油和天然气一样，把它当作能源看待，全国要有一个统一部门管理。氢气虽然有一些缺点，但是合理的管理，氢气也是非常的安全。同时在加氢站的建设、运营、审批方面，我们建议相关的部门应该推动加氢站，加快加氢站的审批，同时加快加氢站的建设。
整个行业现在从政策、法规和标准的规范体系来说，相对还不太成熟。比如四型氢瓶的开发和应用，因为现在国家对于储氢瓶还没有完全的放开。有很多的车的技术储备已经完成，但是四型氢瓶还没有上。这个对整车的蓄势里程等各个技术参数也有影响。
还有一些质子交换膜，催化剂等核心原材料的研发，这也需要相应的技术标准和法规。
以上就是我今天的汇报，谢谢大家。盖世直播
