按照國家的規(guī)劃，一次持續(xù)里程200公里以上的純電動汽車到了2020年開始普及應(yīng)用。這個成績來得不易，在這里面尤其有公交客車研發(fā)工程技術(shù)人員前期付出和貢獻。接下來是，要進行燃料電池公交車開發(fā)了。燃料電池公交客車從2008年奧運開始導(dǎo)入，已經(jīng)快10年了，接下來是進入示范期了。按照國家的規(guī)劃，到2030年500公里以上燃料電池汽車也會普及應(yīng)用。

在總結(jié)我國新能源汽車推進歷史與經(jīng)驗以后，筆者認為，對產(chǎn)品研發(fā)技術(shù)路線研究十分重要。企業(yè)的新產(chǎn)品開發(fā)工作一定要在技術(shù)路線研究成果基礎(chǔ)上推進，否則會多走許多彎路。筆者的觀點是。接下來的我國燃料電池汽車產(chǎn)品開發(fā)工作，同樣要從公交客車口切入，燃料電池公交車要從燃料電池增程式公交客車開發(fā)起步。具體理由闡述如下，供同行參考。

一、為什么要開發(fā)燃料電池汽車

中國要成為汽車強國，必由之路是要發(fā)展新能源汽車。但是目前純電動汽車，要成為國民汽車，實現(xiàn)普及開來的目標，必須要在兩個方面超過傳統(tǒng)的燃油車，一是要在全生命周期內(nèi)與燃油車的成本在一個水平上；二是使用方便性要更有優(yōu)勢。純電動汽車降下來，沒有技術(shù)上的困難，但是要使用方便性要更有優(yōu)勢，困難還是相當大的，主要是在可以預(yù)測的時間內(nèi)，目前動力電池在理論上，其比能量與燃油比能量相比，要差33倍多。即使動力進步很快，能即使動力電池汽車能實現(xiàn)一次持續(xù)500公里，還是與傳統(tǒng)汽車有距離較大。

發(fā)展燃料電池汽車直接的目標是要使新能源汽車一次持續(xù)里程要超過800公里。中國要成為成為汽車強國，在燃料電池汽車研究必須跟上，否則不可能成為強國。中國目前已經(jīng)新能源汽車產(chǎn)銷大國，但是不是新能源強國。中國在燃料電池汽車研究和產(chǎn)品開發(fā)，不僅不能調(diào)隊，同時必須超越。

一句話，中國在燃料電池汽車的研究與研發(fā)上，與國外汽車強國相比，不能輸，也輸不起。

二、發(fā)展燃料電池汽車常識知識的準備

(1)燃料電池與有鋰離子電池慨念在概念上本質(zhì)的區(qū)別

目前鋰離子電池的輸入端是充電口，與市電對接；其輸出端放出的也是電，對接的負載。通俗的理解，這個“池”進來的是電，流出的也是電。電池與油箱在工作原理是基本相同的，不同是這個“箱”進來的油，流出的也是油。一字之差，“油”變成“電”。

而燃料電池的“池”子進去的“氫氣”和“氧氣”，流出的卻是電和水。燃料電池工作原理如下：

圖1 燃料電池工作原理

從常識上，，大家對油箱的功能好理解，把油灌到油箱里，再把油抽出來即可，但是電是如何充到電池里去的，電又是如何放出的？燃料電池進去的是氫氣+氧氣，它是如何變成電和水的？下面通俗解釋一下：

技術(shù)難度：會做油箱的，可以肯定，他做不出鋰離子電池；做鋰離子電池的，也可以肯定，他做不出燃料電池；

技術(shù)對接：做燃料電池的，離不開做鋰離子電池技術(shù)的支撐，做鋰離子電池的，也不開做油箱技術(shù)的支撐。

(2)在存儲上，氫氣與天然氣一樣安全。

目前天然氣的在存儲和運輸上已經(jīng)能很安全了。同理，氫氣存儲上一樣可以做到很安全。儲氫罐一般由高強度復(fù)合材料制成，比鋼強得多倍，經(jīng)過嚴格的測試(包括碰撞測試和炮火射擊)和性能要求，可以確保高質(zhì)量的性能，留有足夠的安全系數(shù)。加氫站具有多層的保護系統(tǒng)，所以幾乎不可能使車輛燃料系統(tǒng)過壓。

圖2 碳纖維的氫氣瓶外形及內(nèi)部結(jié)構(gòu)

(3)在加注上，氫氣與天然氣(汽油)一樣便捷

日本本田燃料電池汽車在加氫，見圖2.

圖3 日本本田燃料電池汽車在加氫

(4)燃料電池輸出的水汽，而不是液體的水

燃料電池汽車產(chǎn)生的水汽，與今天然氣動力汽車大致相同。有報道說，如果車從華盛頓特區(qū)開車到紐約市，燃料電池汽車的排放水量大約為9加侖，而加油車則為7加侖。隨著兩種車效率的不斷提高，每英里的水量將會不斷下降。見圖3。

圖4 日本豐燃料電池汽車出水的演示

(5)中國工業(yè)副氫產(chǎn)量十分豐富，工廠化提純技術(shù)十分成熟

氫是當今標準的工業(yè)化學(xué)品。據(jù)報道，在中國上海地區(qū)每一年有供30萬輛工業(yè)副氫，在武漢地區(qū)也也是同樣的。目前中國這些工業(yè)副氫氣，基本上浪費掉了，再是有天然氣可以加工成氫氣，還有風電可以來生產(chǎn)氫氣。在美國，每年生產(chǎn)大約1000萬噸氫氣，其中大部分用于石油回收和精煉以及氨生產(chǎn)。

三、車載燃料電池的核心部件及系統(tǒng)零部件介紹大

(1)核心部件：電堆

圖5 核心部件：電堆

(2)關(guān)鍵系統(tǒng)零部件

a)空壓機總成

圖6 空壓機總成

b)氫氣循環(huán)總成

圖7 空壓機總成

c)加速器總成

圖8 加速器總成

上面提到的核心部件及系統(tǒng)零部件，中國的一些科研單位和企業(yè)都已經(jīng)在研發(fā)和開發(fā)，國家層面也在組織攻關(guān)，主要表現(xiàn)為中國目前的產(chǎn)品與國外品牌產(chǎn)品相比，有指標上還有一定差距。這些總成件性能要求要到達汽車級的要求，要進行長期攻關(guān)和積累，產(chǎn)品質(zhì)量的可靠性和穩(wěn)定性，有待整車企業(yè)進行裝車實驗后的的多年的驗證。大功率的車載燃料電池成本很高，沒有大規(guī)模的量產(chǎn)，其成本也下不來。功率越大的燃料電池技術(shù)難度更大。比如我國在無人機上使用的小功率的燃料電池就基本上與國外處于同一個水平上了。

四、燃料電池增程式公交客車開發(fā)研究

小功率的燃料電池難以滿足汽車的要求。客觀地講，目前不宜開發(fā)燃料電池與動力電池混合動力客車，更不宜開發(fā)大功率燃料電池來直接驅(qū)動大客車。主要理由如下：

(1)國家層面燃料電池技術(shù)路線圖

解讀：國家規(guī)劃到2020年的燃料電池汽車的發(fā)展規(guī)模是5000輛；比功率是2kW，耐久性是5000小時，說明燃料電池是比功率電池，不是比能量電池。而汽車要的比能量電池。這里提示，燃料電池用于汽車基本的途徑是“電電”混合模式即燃料電池與動力電池進行混合。

筆者的觀點，目前(到2020年以前)，站在燃料大型電池公交車產(chǎn)品開發(fā)的角度進行思考，第一步是借用當下燃料電池做為增程器，比較穩(wěn)妥，一步一步來推進。

(2)2017年燃料電池客車的國家補貼政策

燃料電池系統(tǒng)的額定功率不低于驅(qū)動電機額定功率的30%，且不小于30kW。燃料電池汽車純電續(xù)駛里程不低于300公里。

解讀：8米是中型客車、10米是大型客車，但是國家補貼都是50萬，廠家一定是開發(fā)8米級的燃料電池客車，加上地補25萬，即8米燃料電池客車政府補貼是75萬。

(3)中國主流客車企業(yè)已經(jīng)有公交車產(chǎn)品批量上市

2017-02-17，中國客車網(wǎng)報道，國內(nèi)首臺9米級LCK6900FCEVG燃料電池車型，其電堆凈輸出功率超過32KW，使用壽命超過一萬小時，標準工況運行續(xù)駛里程可達400公里；2017-04-07科技日報報道，福田氫燃料電池車60輛8米氫燃料電池客車將以團體班車的形式5月份在北京上路。該車可搭載60人，設(shè)座位28個，最高車速每小時69公里。

解讀：2016年客車廠開發(fā)燃料客車定位于10米、12米公交車，2017年開始轉(zhuǎn)向8、9米級開發(fā)。筆者的觀點，2020年以前，客車主要定位在公交車，車型長度8米、9米級別。

五、燃料電池增程式公交客車原理圖

要開發(fā)燃料電池增程式公交客車,必須要動力原理搞清楚，見圖9。

圖9 燃料電池增程式公交客車動力原理圖

從原理圖，可以看出，開發(fā)燃料電池增程式公交客車，是以純電動公交車為基礎(chǔ)的。車載供氫氣系統(tǒng)與天然氣供氣系統(tǒng)也是基本相同的，難在燃料電池系統(tǒng)。

燃料電池系統(tǒng)原理圖如下：

圖10燃料電池系統(tǒng)原理圖

做為整車廠工程技術(shù)人員，理解其基本原理是必須的，但是沒有必要對燃料電池工程技術(shù)東西，進行深入的掌握。筆者觀點，一是理解其結(jié)構(gòu)的知識；二是要掌握燃料電池對外接口的功能和技術(shù)參數(shù)；三是要掌握好燃料電池如何與動力電池的接口技術(shù)。

六、發(fā)展燃料電池公交車對燃料電池的意義和作用

a)目前燃料電池技術(shù)指標離公交車的實際要求，還是較遠的。整車廠工程技術(shù)人員提出更高的要求。要提高燃料電池的技術(shù)指標，要靠整車廠多用燃料電池裝車，這是一個過程。這個純電動公交車的發(fā)展也證明了這個結(jié)論。

b)目前燃料電池目前的成本較高，整車開發(fā)的電池(動力電池系統(tǒng)+燃料電池系統(tǒng))的成本必須在政府補貼范圍以內(nèi)，否則沒有可持續(xù)性。

c)發(fā)展燃料電池公交車與發(fā)展燃料電池的關(guān)系是一個彼此匹配關(guān)系，彼此匹配得好，這個產(chǎn)業(yè)就會發(fā)展得好。

d)我國節(jié)能與新能源公交車的發(fā)展已經(jīng)經(jīng)過了天然氣公交車、混合動動力、純電動三個階段，積累了豐富的經(jīng)驗，對開發(fā)燃料電池公交車已經(jīng)打下了良好的基礎(chǔ)。

七、燃料電池技術(shù)處于培育期，其他制氫、存儲技術(shù)不要輕易上車

汽車工況十分復(fù)雜，燃料電池技術(shù)能不能滿足汽車的要求，有一個相當長的驗證過程。筆者的觀點是，如車載甲醇制氫技術(shù)、常溫常壓氫氣存取等原始性創(chuàng)新技術(shù)當下不宜上車。理由是：

a)目前制氫(提純)工藝線路較長、要求嚴謹，將工廠化的技術(shù)人為搬到車上，過于理想化，車上制氫(提純)質(zhì)量，如何滿足能燃料電池的要求？

b)目前工廠化的制氫(提純)技術(shù)(工藝)是成熟的，在工廠里如何進行壓縮好，再上路運輸技術(shù)，也是工廠化系統(tǒng)工程。這樣一個復(fù)雜的系統(tǒng)工程，如何簡化到車上有一個總成件來完成？

技術(shù)是無止境的，但是技術(shù)難題必須要一個一個去克服，目前燃料電池技術(shù)處于培育期，如果過多的不成熟技術(shù)同時上車，對整車開發(fā)成功，是認為在增加難度。

八、基本結(jié)論和建議

a)燃料電池公交車開發(fā)是一個創(chuàng)新，但不是一個原始技術(shù)創(chuàng)新。一定要制定一個合理目標，不宜偏高，比如國家補貼指標是一次里程是300公里，實際產(chǎn)品開發(fā)定在320公里就可以了；8米燃料公交車燃料電池功率原則上不要超過35kW/kg；

b)我國發(fā)展燃料電池汽車，技術(shù)路線已明確，補貼政策已經(jīng)確立，公交車率先開展燃料電池公交車的基礎(chǔ)已經(jīng)具備，整車廠家不宜再觀望了。

c)目前開發(fā)燃料電池公交車的環(huán)境比過去好得了。但是注意一點，要接受過去混合動力公交車推廣的教訓(xùn)，一定要重視公交公司的要求，不能過激，每一步都要有穩(wěn)妥落到方案。