2018年1月18日—19日，由中國(guó)公路學(xué)會(huì)客車分會(huì)與常州長(zhǎng)江玻璃有限公司聯(lián)合主辦的2017年中國(guó)客車學(xué)術(shù)年會(huì)在江蘇常州隆重召開。在19日舉辦的客車新技術(shù)交流會(huì)上，佛山市飛馳汽車制造有限公司(簡(jiǎn)稱“飛馳汽車”)總工程師譚少軍就《引領(lǐng)氫能，共創(chuàng)未來(lái)——燃料電池在客車上的應(yīng)用》為題做了專題演講，從發(fā)展氫能的意義、飛馳燃料電池客車的基本介紹、示范運(yùn)營(yíng)情況介紹及制約因素四個(gè)方面探討了當(dāng)前最為熱門的氫燃料電池客車話題。

　　燃料電池車或成理想替代方案

　　從1993年開始，我國(guó)成為能源凈進(jìn)口國(guó)。據(jù)預(yù)測(cè)，到2050年能源短缺將有24%左右，其中石油缺額可能多達(dá)4.4億噸標(biāo)煤。國(guó)際局勢(shì)的不斷變動(dòng)牽動(dòng)著能源價(jià)格，化石燃料價(jià)格上漲的趨勢(shì)不可阻擋，我國(guó)能源供應(yīng)的安全性必將受到威脅。

　　與此同時(shí)，新的經(jīng)濟(jì)浪潮對(duì)能源需求的日益增加，全球經(jīng)濟(jì)的一體化進(jìn)程，都對(duì)新能源的開發(fā)產(chǎn)生了支持、推動(dòng)和刺激作用。

　　而另一個(gè)導(dǎo)致我國(guó)迫切進(jìn)行能源變革的原因就是環(huán)境污染的愈發(fā)加劇。2015年在巴黎召開的聯(lián)合國(guó)氣候大會(huì)(COP21)上，195個(gè)國(guó)家同意將全球變暖趨勢(shì)控制在2攝氏度以內(nèi)。為了達(dá)到這個(gè)目標(biāo)，世界將需要在2050年前將二氧化碳排放量減少60%，這需要我們的能源系統(tǒng)進(jìn)行大面積改革。

　　如今的交通運(yùn)輸部門幾乎完全依賴于化石燃料，其中超過(guò)20%的二氧化碳排放都是由交通運(yùn)輸所產(chǎn)生的。

　　對(duì)此，《中國(guó)制造2025》、《汽車產(chǎn)業(yè)中長(zhǎng)期發(fā)展規(guī)劃》、《“十三五”國(guó)家戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃》等規(guī)劃中都將發(fā)展氫能和燃料電池技術(shù)列為重點(diǎn)任務(wù)，將燃料電池汽車列為重點(diǎn)支持領(lǐng)域。

　　地方政府也積極響應(yīng)國(guó)家政策，上海市率先發(fā)布《上海市燃料電池汽車發(fā)展規(guī)劃》，廣東佛山、湖北武漢、江蘇如皋、浙江臺(tái)州等地方政府也都為各自地區(qū)的燃料電池汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展提供政策支持，建立產(chǎn)業(yè)園區(qū)，引進(jìn)整車企業(yè)及零部件生產(chǎn)廠家，共同推進(jìn)氫能及燃料電池汽車的產(chǎn)業(yè)化發(fā)展。

　　隨著燃油車禁售時(shí)間表的研究制定以及雙積分政策的近期出臺(tái)，燃油汽車禁售產(chǎn)生的需求缺口將由新能源車來(lái)填補(bǔ)，燃料電池車作為新能源車的子類，近乎零排放，相比純電動(dòng)汽車?yán)m(xù)航里程更高、補(bǔ)給時(shí)間更短，因而也是傳統(tǒng)燃油汽車的理想替代方案。

　　飛馳燃料電池客車產(chǎn)品有何優(yōu)勢(shì)?

　　為了迎合市場(chǎng)對(duì)氫燃料電池客車的巨大需求，飛馳汽車積極探索燃料電池客車。飛馳燃料電池客車的技術(shù)路線采用質(zhì)子交換膜燃料電池(FEMFC)和以燃料電池為主動(dòng)力源的電-電混合動(dòng)力系統(tǒng)架構(gòu)。

　　出于商業(yè)化運(yùn)營(yíng)的最終目的，必須保證車輛工作的穩(wěn)定性及壽命，飛馳客車目前的技術(shù)路線采用石墨板質(zhì)子交換膜燃料電池電堆，采用外部增濕形式，該類電池以加拿大巴拉德公司為代表，電池壽命達(dá)12000h以上。其中，石墨導(dǎo)電板導(dǎo)電性好，耐腐蝕性強(qiáng)，組成系統(tǒng)后表現(xiàn)為壽命長(zhǎng)、穩(wěn)定性好，體積功率密度低;外部增濕的優(yōu)點(diǎn)是性能穩(wěn)定、壽命長(zhǎng)。

　　國(guó)內(nèi)外對(duì)燃料電池汽車制定了很多標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，其中65%以上的內(nèi)容是針對(duì)安全性的規(guī)定。燃料電池汽車的氫安全性，主要是指燃料電池汽車運(yùn)行過(guò)程中車載氫系統(tǒng)的安全，主要包括高壓供氫系統(tǒng)、燃料電池發(fā)電系統(tǒng)的安全性等。目前，為了保證車載氫系統(tǒng)的安全，飛馳汽車安全設(shè)計(jì)上主要從材料選擇、氫泄露監(jiān)測(cè)、靜電防護(hù)、防爆、阻燃等方面進(jìn)行預(yù)防和控制。

　　據(jù)介紹，飛馳燃料電池客車系統(tǒng)安全設(shè)計(jì)分為以下幾個(gè)方面：氫系統(tǒng)的泄露監(jiān)控及報(bào)警、氫系統(tǒng)的泄壓保護(hù)、燃料電池系統(tǒng)的防撞設(shè)計(jì)及碰撞后保護(hù)、燃料電池系統(tǒng)艙體的通風(fēng)設(shè)計(jì)及泄露報(bào)警、絕緣防護(hù)設(shè)計(jì)及監(jiān)測(cè)。

　　此外，通過(guò)對(duì)燃料電池實(shí)車進(jìn)行了側(cè)傾穩(wěn)定性試驗(yàn)，和對(duì)燃料電池大客車側(cè)翻狀態(tài)下氫系統(tǒng)和燃料電池的加速度和動(dòng)態(tài)位移情況進(jìn)行了仿真研究。結(jié)果表明，燃料電池和氫氣瓶能達(dá)到預(yù)期所規(guī)范的要求。

　　飛馳燃料電池客車動(dòng)力架構(gòu)基本都采用了燃料電池+動(dòng)力電池的設(shè)計(jì)方式，即增加動(dòng)力電池通過(guò)電力裝置與燃料電池進(jìn)行并網(wǎng)供電，動(dòng)力電池用于提供峰值功率，用于補(bǔ)充汽車在加速、爬坡等工況下燃料電池輸出功率的不足，同時(shí)在巡航、減速、停車時(shí)吸收燃料電池發(fā)出的電能以及吸收制動(dòng)能量，從而提高整個(gè)車輛的動(dòng)力系統(tǒng)的效率。

　　燃料電池系統(tǒng)和動(dòng)力電池系統(tǒng)的配備主要考慮以燃料電池為主動(dòng)力源，即燃料電池的額定功率大于整車線路運(yùn)行的平均功率，動(dòng)力電池的功率能滿足起步和制動(dòng)時(shí)的峰值功率。這樣整車運(yùn)行期間，可以不需外接充電模式(正常的動(dòng)力電池維護(hù)除外)。

　　以飛馳FSQ6860FCEVG型燃料電池客車為例，按照佛山的城市道路工況計(jì)算及仿真，整車平均需求功率為25KW，最終選擇了額定功率30KW的燃料電池系統(tǒng);動(dòng)力電池主要提供峰值功率，則我們選取額定功率90KW，峰值功率大于130KW的動(dòng)力電池系統(tǒng);通過(guò)對(duì)特定環(huán)境(城市道路工況)進(jìn)行計(jì)算與仿真，各項(xiàng)參數(shù)滿足設(shè)計(jì)要求，同時(shí)最大限度利用了燃料電池的能力，降低了整車成本。

　　目前，飛馳汽車已形成覆蓋7米、8米、11米、12米的系列燃料電池客車產(chǎn)品。其中，11米車型最多已運(yùn)營(yíng)15萬(wàn)公里，平均氣耗百公里7.37kg。

　　關(guān)鍵部件和配套是主要制約

　　目前，制約我國(guó)燃料電池汽車商業(yè)化發(fā)展的技術(shù)因素包括燃料電池耐久性、關(guān)鍵材料及核心零部件等問(wèn)題。在燃料電池耐久性方面，國(guó)內(nèi)相關(guān)企業(yè)燃料電池的穩(wěn)定壽命在3000h左右，而國(guó)際先進(jìn)水平已經(jīng)超過(guò)10000h;我國(guó)燃料電池關(guān)鍵材料如催化劑，質(zhì)子交換膜、碳紙等還處于實(shí)驗(yàn)室和樣品階段，空氣壓縮機(jī)和氫氣循環(huán)泵等關(guān)鍵部件還沒(méi)有成熟可靠的零部件供應(yīng)商。

　　另外，現(xiàn)階段我國(guó)車用儲(chǔ)氫瓶還是使用壓力為35MPa的碳纖維纏繞金屬內(nèi)膽氣瓶，儲(chǔ)氫密度為3.9%，而國(guó)外基本均采用70 MPa的碳纖維纏繞塑料內(nèi)膽氣瓶，儲(chǔ)氫密度達(dá)到5.5%。

　　另一方面，截至2017年10月底，全球正在運(yùn)營(yíng)的加氫站有274座，而中國(guó)僅有7座，基礎(chǔ)設(shè)施嚴(yán)重落后，無(wú)法支撐燃料電池汽車的商業(yè)化。從汽車產(chǎn)業(yè)100多年的發(fā)展史來(lái)看，不管傳統(tǒng)燃油汽車與燃油供給體系，還是電動(dòng)汽車與電能供給體系，車輛技術(shù)都一直是與能源供給體系協(xié)同發(fā)展。在燃料電池汽車商業(yè)化推廣初期，我國(guó)應(yīng)該吸取純電動(dòng)汽車發(fā)展初期因充電基礎(chǔ)設(shè)施不足而制約電動(dòng)汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)。因此，燃料電池汽車的商業(yè)化推廣離不開制氫、運(yùn)氫及儲(chǔ)氫等配套設(shè)施的協(xié)同發(fā)展。

　　通過(guò)對(duì)法規(guī)、政策、市場(chǎng)、技術(shù)、設(shè)施和安全等因素分析，我國(guó)要實(shí)現(xiàn)燃料電池汽車大規(guī)模商業(yè)化的發(fā)展還有很多工作要做，尤其需要進(jìn)一步加強(qiáng)市場(chǎng)推廣力度、完善加氫站等基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)和提高消費(fèi)者對(duì)氫安全的認(rèn)知程度。根據(jù)我國(guó)對(duì)燃料電池汽車發(fā)展的規(guī)劃，在不久的將來(lái)，燃料電池公交客車成為人們出行的交通工具是完全有可能的。