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卢兵兵：我国目前车用燃料电池技术开发及应用的状况

卢兵兵：我国目前车用燃料电池技术开发及应用的状况

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来源：新车网
时间：2020-08-19

2020年8月13日-15日，“2020中国汽车论坛”在上海隆重召开。该论坛是由中国汽车工业协会（CAAM）主办，世界汽车组织（OICA）、世界经济论坛（WEF）唯一支持的行业顶级论坛。本届论坛以“新变局新挑战新思路——引领中国汽车新征程”为主题，紧扣时代脉搏, 求索突破之道，紧密围绕“十四五”规划，把控宏观产业形势，解析全球汽车产业发展动态。其中，在8月14日下午举办的“氢能产业发展及燃料电池技术创新论坛”分论坛上，上海捷氢科技有限公司总经理卢兵兵发表了主题演讲，以下为演讲实录：

上海捷氢科技有限公司总经理卢兵兵

卢兵兵：大家好！我分享的题目是《车用燃料电池技术开发及应用》。我的演讲主要分三个部分，一部分是氢能战略之重，主要讲讲我们为什么要大力发展氢能产业。第二个产业发展之路，我们20年燃料电池整个产业是怎么一步步走到今天的。第三，技术创新巨变。我们现在这个行业面临哪些挑战，我们如何在产业上有所突破。

首先大家看看氢能战略之重。大家看看整个人类进化的历史过程中，能源的利用从这里大家可以看出来，有两个特点。第一，能源的密度是越来越大，从柴薪、煤碳、到石油，到氢能。氢能大概是石油的单位质量密度三倍，而氢能大概是柴薪的12倍左右，这个能量密度越来越高，同时这是去碳增氢的过程，柴火的时候大概是10：1，煤碳2：1，石油是1：2，到氢能社会可以实现无碳的能源利用。

同时我们国家能源面临许多的挑战。第一，我们的能源消费对国外的进口依赖非常严重，我们石油大概占70%的进口，天然气占40%，再依赖进口，我们的国际环境和经济环境都不能持续支持。

第二，我们现在整个能源、整个二氧化碳排放也是不可以持续，目前2019年为例，我们的碳排放占全球的29%。第三，尽管我们这几年可再生能源有了迅猛的发展，但我们的整个规模和利用效率还是有待于进一步提升。现在我国可再生能源的比例占15%左右，但是细分气电以及气网大概一年的规模在500多度。其实大家说对氢气的利用，所谓的绿氢是可再生能源，绿氢是以后等到成本下降一定程度，给整个燃料电池氢能利用是非常重要的来源，因为它是彻底无碳的，整个过程中是绿色的。

我们国内通过这几年的技术进步和能源意识的提升，目前的效率不断提升，但和国外世界先进水平比，我们国内的能耗水平比国外高1.5倍左右，所以我们整个能源从长期发展来看，我们势必要构建清洁低碳、安全高效的能源体系。

氢能可以把传统的化石能源、电能以及氢能进行有效的转含，所以氢能作为二次能源，具有零碳、高效、能源互联媒介、可存储、安全可控等显著优势，广泛应用于交通、工业和建筑等诸多领域推广应用。将氢能纳入终端能源体系，可与电力协同互补，未来将成为终端能源的主要部分，并且可以带来十几万亿的新兴产业。

这是国际氢能委员会的预测，氢能可以占到总能源消费的18%，同时如果达到18%的氢能利用率，它一年可以减碳6Gt，同时可以减少2.5万亿美金的营收，同时可以产生3000万的工作岗位，所以氢能的利用，这是一张未来比较美好的蓝图。当然这个蓝图的实现，还有待于各个要素的协同发展。同时氢能产业链也是非常庞大的产业链，可以从能源的来源可以看到，有不同的来源，也可以通过石油、化工、风能、石油等各方面，所以它涵盖的制氢、储氢、运氢，通过氢能转换，可以应用于终端，终端可以应用于飞机、无人机、叉车，可以从氢转化为氢气。

这张图是产业里面的上游，就是氢气的获得。制氢、储氢、运氢、加氢，如果一个加氢站除去地价在1000-1500左右，所以现在的初步规划是2030年国内将造1000个加氢站，这块也是一个最大的产业。同时在下游，我们既有交通领域，也有固定式的拉面式的电源。燃料电池后面也会讲到，最重要的也就是三个关键材料，三个零件，膜电极里面最重要的是质子交换膜、催化剂、气体扩散层。燃料电池加上供氢、供氧和热管理，整个升降压和其他的控制形成了燃电池系统。这些核心零件在车子上的大致的位置以及和汽车的相互关系。

后面就是整个国内外产业化制度处于什么样的水平，上汽是国内比较早地提出了“新四化”-电动化、智能网联化、共享化、国际化。所以说上汽是在诸多汽车集团里面，唯一一家纯电动、插电混动、燃料电池的公司。我们有全系列、全平台、全路线的新能源产品开发，同时掌握核心的三电开发和生产能力，同时按照量产的要求开发所有的零部件。目前累积在三电领域的投资超过两百亿。

上汽最早从2001年开始设计燃料电池，当初在一辆别克GL8上面和美国通用合作，用美国通用的燃料电池系统改造燃料电池汽车，2008年参加的奥运会，2010年参加了世博会，2014年推出第一辆燃料电池轿车是荣威750，2015年推出燃料电池轿车950，这是国内首款完成公告销售的燃料电池轿车，也是国内第一款用70兆帕系统的，正是这辆汽车的开发，把国内70兆帕储氢系统的标准规范一并建立起来。2018年为了加快燃料电池的产业化、商业化，成立了捷氢科技公司，2019开发新的燃料电池P390在大通的EUNIQ7，大家在整个的会场入口可以看到这款G20的车。

在今年3月份，我们是嘉定区第一个开工的燃料电池新园区，这个园区是四合一的园区。我们集研发办公、测试认证、生产制造和氢气供应为一体，我们将于年底整个施工完成，进入设备安装调试，估计明年二季度可以进入正式的生产。通过这么多年的努力，上汽在研发方面已形成了完整的开发体系，同时坚持自主开发，掌握核心技术，具备完整的自主知识产权，现在拥有超过350项的燃料电池相关专利，同时积极参与行业标准制定，同时也是行业标准制定的引领者。商乘并举，我们既推动商用车的应用，也把燃料电池能够往乘用车领域应用。

捷氢科技成立于2018年的6月份，所以说这个团队承载和传承了上汽将近20年在燃料电池的积累，把上汽20多年来的项目、技术、人才，各方面都能够有效转到捷氢科技，所以我们现在的能源一部分是来源于整车企业，一部分是原来做燃料电池的，还有一部分做零部件的，还有一部分从高校、科研院所招聘，目前的员工是180多个，年底将近200人。这里面三分之二是研发人员，大家可以看到员工的基本情况，所有的员工研究生以上的学历占到70%，其中有博士18人，研发人员占到85%以上是研究生及以上学历。

这就是嘉定氢能港里捷氢科技的效果图，我们占地64亩，一期的产能总共是1.2万台套，同时也预留了二期发展的产地。

燃料电池最主要的产品是P390，现在P390通过我们的努力，系统地稳态功率可以做到92kW，可以实现30度以下的低温启动，一万小时的耐久，我们的耐久实际上测试已经超过5800小时，同时我们用智能化的上访。

这是我们的电堆，峰值功率是115Kw，体积功率密度是3.1Kw/L，我们用的是无外增湿的膜电极设计，并且用超薄的金属板和超薄质子交换膜，所以说如果要开发一个车用的燃料电池系统，其实还是要有一个严苛和完善的体系和流程。得益于我们来源于汽车系统，我们开发了HPDP，我们把整个产品开发分成不同的阶段，每个阶段都有相对应的交付物，每个交付物到一定的时间节点，确保多维度开展的工程条件下，都能达到下一步交付的要求，确保开发的工程质量达到车规级的要求。

我们的产品越来越多地在整车上进行了装车，后续这些车子会陆续亮场，有城市客车和乘用车的应用，同时在跃进的12吨和18吨的物流车，也包括12吨和18吨的燃料电车系统底盘，可以基于这些底盘上面可以做不同的上装改造，不同的应用场景变成红岩燃料车。同时在重卡上面，42吨也有清洗车和自动车，我们也有很多业外的合作，随着我们的交付，这些会进一步展示，现在还在合同签署和交付准备阶段。

后续整个产业面临很多的挑战，我们怎么一步一步在技术上突破和创新？燃料电池系统由电堆加上供氢、供氧和热管理，加上其他的变压装置等形成电堆。而燃料电池最核心的就是电堆，它既是性能的要点，同时也是最大的成本载体，所以说燃料电池整个系统占电堆的70%的成本，而电堆里面主要是由膜电极和双极板构成的，电堆里面膜电极大概占了70%的电堆成本，双极板大概占20%的电堆成本，所以说怎么样开发核心产品，掌握核心产品的技术要点，是保证电堆性能的关键，同时也是控制成本的关键。我们随着量的增长，我们将来会逐步逐步磨炼，会把最新的成果体现在膜电级上、体现在性能上，也可以成本上得到有效的控制。

目前整个仿真和虚拟技术，在整个工程和汽车领域里面，得到了广泛的应用。燃料电池也一样，通过这么多年的实践，我们建立从微观到宏观、从材料到系统的全尺寸和多维度仿真分析模型，这一切不光可以缩短研发的过程，也可以大大降低开发过程的成本。

我们一直秉着应用一代、开发一代、规划一代的原则，所以在300系统马上进入生产销售环节时，一方面做好这个产品的应用数据积累和数据分析，同时用我们的PHDP对下一代的400型电堆进行开发。同时为了确保整个系统技术的连续性，我们也制定了Pre-HG9的流程，是新产品开发的核心技术开发，所以我们也对400以后的500型电堆开发，也逐步进行新型的技术部署和架构部署，以确保以车规级的技术和产品开发体系保障技术和创新的领先性。

这就是我们整个后续的开发规划，所以我们2020年会在200堆、300堆实现量产，到2022年底，我们会400堆进行量产，等到2025年底对500堆进行量产，所以我们对未来的规划制定了非常清晰的产品线图和技术线图。

燃料电池有很多的应用瓶颈，第一个瓶颈是加氢站，第二个瓶颈是成本，第三个瓶颈是进口依赖，第四个瓶颈是大批量使用相适应的法律法规的匹配。一旦加氢站的建设为氢的获得性有了足够的保障，其实最大的问题就是成本。对我们来说，也从300堆核心系统的成本怎么到400堆，怎么到500堆，也制定了相应的成本下降曲线，所以降成本无非这几个方面：第一个方面通过规模降本，第二个怎么样进行国产化替代。其实汽车34年的发展充分利用了国产化替代，把成本大幅度下降。90年代初，23万的桑塔纳已经卖到了6万，这个时候的桑塔纳性能配置比那个时候高得多，现在四分之一价格可以买到三十年前好的产品，就是靠成本不断地下降，也是靠不断地国产化。

第三点是工艺和材料技术进步给我们带来降本。第四，有些法律法规的完善。怎么样适应和燃料电池规模相适应的法律法规，可以把用车成本大幅度降下来。第五，我认为整个产业的协同、上下游的协同，也可以有效地降低成本，所以说我们认为通过努力，第四代燃料电池汽车系统可以在第三代的基础上降40%，第五代可以在第四代基础上再进一步下降。

后面就是大家讲到的，目前除了燃料电池、机电类型的电池，欺世盗今年年底基本上完全可以实现国产化。下一步是膜电级的三个核心材料，一个是催化剂，一个是质子交换膜，一个是碳质。我们目前是和国内主流的上游供应商进行有效合作，大家共同努力，来突破燃料电池核心材料上的国产化。主要就是介绍这些，谢谢大家！

（注：本文根据现场速记整理，未经演讲嘉宾审阅）