基于氫燃料電池汽車產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展分析

吳東來

（中國汽車工程研究院股份有限公司 401122)

隨著經(jīng)濟(jì)和科技的發(fā)展，汽車行業(yè)也得到了迅猛發(fā)展，對(duì)能源的需求量也越來越大，發(fā)展新能源和替代能源成了很多國家面臨的挑戰(zhàn)。氫燃料作為新型的汽車動(dòng)力，因?yàn)槠洵h(huán)保、安全而得到很多國家的青睞，目前在很多國家已經(jīng)進(jìn)入發(fā)展的商業(yè)化階段，但是在我國發(fā)展仍然存在著一些問題，制約氫燃料電池汽車的發(fā)展。

1 氫燃料能源的基礎(chǔ)設(shè)施

氫燃料基礎(chǔ)設(shè)施的數(shù)量和規(guī)模是運(yùn)營氫燃料電池汽車的保障。目前，全球范圍內(nèi)有大約321座加氫站正在運(yùn)營，日本、美國、德國發(fā)展迅速，而我國現(xiàn)有的加氫站數(shù)量稀少，目前可以運(yùn)行的僅有8座。我國的氫燃料主要為公交車、物流車或氫燃料電池乘用車服務(wù)，根本無法滿足大規(guī)模的商業(yè)要求。現(xiàn)在我國正在計(jì)劃新建20多座加氫站，滿足未來市場對(duì)于氫燃料的需求[1]。

2 氫燃料電池汽車應(yīng)用

氫燃料廣泛應(yīng)用于汽車行業(yè)，隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，我國氫燃料電池汽車已經(jīng)建立了一整套的標(biāo)準(zhǔn)體系，包括車的用電安全和最高車速、車輛抗電磁干擾性能、核心零部件的性能、結(jié)構(gòu)強(qiáng)度以及耐久性等，這些都規(guī)劃到這套標(biāo)準(zhǔn)體系當(dāng)中。根據(jù)這套體系中的9級(jí)評(píng)價(jià)模型，我國的氫燃料電池汽車目前的整車技術(shù)處于的等級(jí)并不高，僅為TRL7級(jí)，而氫燃料汽車的電池系統(tǒng)和氫系統(tǒng)的等級(jí)，輔助系統(tǒng)的核心零部件等級(jí)都處于TRL3～TRL4級(jí)，其它的如質(zhì)子交換膜處在TRL6級(jí)，電極材料處在TRL7級(jí)[2]。

3 我國氫燃料汽車存在的問題

雖然我國的氫燃料電池汽車已經(jīng)有了很大的發(fā)展，但是與發(fā)達(dá)國家相比，還存在著很多問題。第一，氫燃料汽車的整體技術(shù)集成水平較低，缺乏設(shè)計(jì)能力和開發(fā)能力，其中的電池系統(tǒng)技術(shù)集成度也相對(duì)較低，工程化程度也比較低。第二，在進(jìn)行汽車振動(dòng)測試時(shí)，氫燃料電池系統(tǒng)結(jié)構(gòu)會(huì)出現(xiàn)破損，出現(xiàn)管道裂口、泄漏等問題。第三，對(duì)于氫燃料電池汽車，在設(shè)計(jì)和匹配動(dòng)力系統(tǒng)及零部件的經(jīng)驗(yàn)較少，在性能、安全方面仍需進(jìn)一步的開發(fā)，相關(guān)技術(shù)還有待提高。第四，氫燃料電池汽車的運(yùn)行在國內(nèi)還屬于小規(guī)模的示范運(yùn)行，加氫站數(shù)量少，服務(wù)對(duì)象主要為商用車和公交車[3]。

4 氫燃料汽車各系統(tǒng)的基本情況

4.1 電池系統(tǒng)

通過對(duì)新能源汽車試驗(yàn)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行抽取測試項(xiàng)目分析，得出氫燃料電池的發(fā)動(dòng)機(jī)性能測試占比重約為50%，說明目前我國注重系統(tǒng)的集成研發(fā)。而對(duì)電池發(fā)動(dòng)機(jī)的性能、耐久性和車載氫系統(tǒng)、核心零部件等性能測試加起來不超過11%，證明了我國在這方面測試和研發(fā)處于起步階段，只有少數(shù)企業(yè)進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)。在我國，氫燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)不夠成熟，尤其是平臺(tái)設(shè)計(jì)和關(guān)鍵技術(shù)方面系統(tǒng)集成度低。還有動(dòng)力系統(tǒng)和零部件設(shè)計(jì)的匹配經(jīng)驗(yàn)少，大功率電堆等關(guān)鍵部件的國產(chǎn)化化程度也比較低，系統(tǒng)控制技術(shù)需要進(jìn)一步的開發(fā)。從整體上來說，我國國內(nèi)的氫燃料電池系統(tǒng)處于起步階段，急需從各技術(shù)方面追趕國際先進(jìn)水平。

4.2 汽車電堆和核心零部件的情況

現(xiàn)階段我國電堆依靠進(jìn)口和國內(nèi)2種方式，其中進(jìn)口的電堆在技術(shù)方面比較高，但是價(jià)格昂貴，依賴國外技術(shù)。而國內(nèi)生產(chǎn)的電堆在可靠性、耐久性等性能還有待提升，電堆效率低。在輔助系統(tǒng)中，核心零部件的造型和匹配的問題突出。比如空氣壓縮機(jī)的技術(shù)成熟度遠(yuǎn)低于國外先進(jìn)水平，設(shè)計(jì)和優(yōu)化能力弱，可靠性和耐久性都沒有得到保障[4]。

4.3 汽車核心材料和部件的情況

在汽車氫燃料電池中，關(guān)鍵部件材料包括催化劑、質(zhì)子交換膜和膜電極等，其中質(zhì)子交換膜是核心部件，與國際水平的差距也在逐步縮短。而催化劑尚處于研發(fā)階段，電池材料級(jí)的方面卻與國際水平有明顯的差距，量產(chǎn)化產(chǎn)品比較少。

5 我國政府對(duì)氫燃料電池汽車的發(fā)展規(guī)劃

我國在氫燃料電池汽車技術(shù)上已經(jīng)有了一定的發(fā)展，政府也基于技術(shù)的發(fā)展提出了一系列產(chǎn)業(yè)化目標(biāo)。比如在2006～2010年間，我國政府實(shí)行示范運(yùn)行，攻克薄弱環(huán)節(jié)和技術(shù)難關(guān)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)氫燃料電池汽車的小批量生產(chǎn)。而在未來的十年內(nèi)，政府也在計(jì)劃爭取實(shí)現(xiàn)氫燃料電池汽車的批量生產(chǎn)。到2030年，要把氫燃料電池汽車的技術(shù)水平提升到與世界先進(jìn)水平相當(dāng)，實(shí)現(xiàn)大批量的生產(chǎn)[5]。

目前我國的汽車公司、合資企業(yè)尚未在中國投入氫燃料電池車的研發(fā)，而私營車企并沒有實(shí)力開發(fā)氫燃料電池車的研發(fā)和開發(fā)。這些都造成了我國氫燃料電池汽車的發(fā)展緩慢，技術(shù)發(fā)展水平與國際先進(jìn)國家有很大差距。

6 我國對(duì)氫燃料電池汽車的開發(fā)態(tài)度

隨著我國對(duì)外開放程度的日漸提高，我國也加緊了對(duì)氫燃料電池汽車和氫燃料電池技術(shù)的研發(fā)。但是由于技術(shù)研究的限制，這項(xiàng)技術(shù)并沒有很好地運(yùn)用到汽車和其它產(chǎn)業(yè)當(dāng)中。比如在氫氣的儲(chǔ)藏、使用和運(yùn)輸?shù)确矫娴募夹g(shù)都存在欠缺，讓氫燃料電池汽車的成本一直居于很高的水平。由于生產(chǎn)此類型的汽車需要大量的資金投入，很高的技術(shù)投入，沒有形成整體的產(chǎn)業(yè)鏈，除了大型汽車企業(yè)，大部分的汽車企業(yè)都沒有生產(chǎn)氫燃料電池汽車的能力。

7 氫燃料電池汽車產(chǎn)業(yè)鏈商業(yè)化

7.1 加強(qiáng)完善氫燃料電池全產(chǎn)業(yè)鏈

首先要利用國家的有關(guān)政策，結(jié)合各地區(qū)的優(yōu)勢形成示范運(yùn)行氫燃料電池的地區(qū)，積極解決好加氫設(shè)施少、標(biāo)準(zhǔn)法規(guī)等問題。其次，要合理利用現(xiàn)有的加油站和加氣站，完善設(shè)施和建設(shè)，健全售后服務(wù)體系。再者要加強(qiáng)整車廠與系統(tǒng)集成商的研發(fā)與集成的水平，建立產(chǎn)學(xué)研聯(lián)盟，推進(jìn)技術(shù)的研發(fā)。最后，加強(qiáng)零部件的國產(chǎn)化和技術(shù)水平，支持各核心部件和系統(tǒng)的研發(fā)，形成產(chǎn)業(yè)鏈閉環(huán)體系[6]。

7.2 提升汽車的技術(shù)和基礎(chǔ)設(shè)施水平

目前，我國的氫燃料電池汽車的整體技術(shù)成熟度比較低，基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)還未達(dá)到國際先進(jìn)水平。因此要想提升技術(shù)的成熟度和基礎(chǔ)設(shè)施水平，可以從以下幾個(gè)方面著手。首先，主體依托客車和物流車，降低對(duì)加氫站的依賴程度。其次，建立相應(yīng)的示范運(yùn)行數(shù)據(jù)的平臺(tái)，分析大數(shù)據(jù)，研究氫燃料電池汽車的技術(shù)的提升方案，研究電池汽車的運(yùn)營模式和發(fā)展路徑，研究氫燃料電池汽車和其它能源汽車的成本差異，進(jìn)行推廣氫燃料汽車的商業(yè)化。最后，要對(duì)氫燃料電池汽車進(jìn)行可靠性、耐久性的考核，并根據(jù)實(shí)際情況提出改進(jìn)意見。

7.3 完善現(xiàn)有的零部件測評(píng)

從現(xiàn)有的標(biāo)準(zhǔn)體系來看，我國現(xiàn)有的氫燃料電池汽車零部件的測評(píng)能力和方法都遠(yuǎn)落后于國際先進(jìn)水平。雖然我國已經(jīng)推出了幾十項(xiàng)有關(guān)氫燃料電池的標(biāo)準(zhǔn)，但是還需要繼續(xù)完善電池汽車相關(guān)的基礎(chǔ)設(shè)施、整車、系統(tǒng)和核心恐怖見的性能和環(huán)境適應(yīng)性。要加強(qiáng)與國際先進(jìn)國家的技術(shù)交流，積極參與國際上一些標(biāo)準(zhǔn)和法規(guī)的制定，加快我國現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)的制定進(jìn)度，促進(jìn)氫燃料電池汽車全產(chǎn)業(yè)鏈的發(fā)展，并為其提高必要的先進(jìn)的技術(shù)保障。

7.4 國家加大對(duì)氫燃料電池汽車的支持力度

國家支持新能源汽車的發(fā)展與推廣，支持純電動(dòng)汽車發(fā)展的同時(shí)，也要支持氫燃料電池汽車的發(fā)展。政府要實(shí)行有關(guān)鼓勵(lì)企業(yè)研發(fā)氫燃料電池汽車的政策法規(guī)，加大資金投入的力度，積極開展吸引外商投資的活動(dòng)，鼓勵(lì)汽車企業(yè)的氫燃料電池技術(shù)革新和跟進(jìn)。

7.5 汽車企業(yè)自身要加大研發(fā)的力度

不管是整車的企業(yè)還是零部件的生產(chǎn)商，都應(yīng)該積極嘗試新型氫燃料電池汽車技術(shù)，加快技術(shù)的工程化與產(chǎn)業(yè)化的進(jìn)程。積極引入高素質(zhì)的技術(shù)人才，完善企業(yè)的管理制度，促進(jìn)汽車企業(yè)向新能源技術(shù)方向發(fā)展，提升企業(yè)的競爭力。

7.6 有關(guān)技術(shù)部門要傾向氫燃料技術(shù)的開發(fā)

氫燃料電池汽車的有關(guān)技術(shù)的發(fā)展離不開國家與企業(yè)有關(guān)技術(shù)部門的支持。國內(nèi)的整車企業(yè)和零部件企業(yè)要積極轉(zhuǎn)變思想觀念，積極研發(fā)新技術(shù)，不再只關(guān)注眼前的經(jīng)濟(jì)利益，只顧發(fā)展和研發(fā)適合市場需求的汽車類型，還要將這種新型的環(huán)保型汽車提到研究的日程，爭取更大更長遠(yuǎn)的利益。

8 結(jié)束語

氫燃料電池汽車是一種新型的汽車類型，是新時(shí)期對(duì)能源和汽車行業(yè)提出的新要求。把氫燃料電池汽車技術(shù)運(yùn)用到汽車企業(yè)當(dāng)中，對(duì)于提高能源的利用效率，節(jié)省能源，加強(qiáng)環(huán)境保護(hù)都有很重要的作用。針對(duì)氫燃料電池汽車產(chǎn)業(yè)鏈存在的問題，政府和相關(guān)汽車企業(yè)要積極采取有效措施，提升整體技術(shù)水平和基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)，完善氫燃料電池汽車的產(chǎn)業(yè)鏈和零部件的測評(píng)能力和方法，加大對(duì)新技術(shù)的支持力度，從資金、技術(shù)和人才上給與企業(yè)強(qiáng)有力的支持，切實(shí)做好此產(chǎn)業(yè)鏈的發(fā)展。