清華大學(xué)李建秋：2020年可以花15-20萬買一輛車3分鐘加滿氫氣跑500公里

2018-01-23 15:43:33 電力頭條APP 　點擊量：評論 (0)

中國電動汽車百人會論壇（2018）于1月20-21日在北京釣魚臺國賓館召開。本屆論壇的主題為把握全球變革趨勢實現(xiàn)高質(zhì)量發(fā)展，論壇延續(xù)了閉門會

中國電動汽車百人會論壇（2018）于1月20-21日在北京釣魚臺國賓館召開。本屆論壇的主題為“把握全球變革趨勢實現(xiàn)高質(zhì)量發(fā)展”，論壇延續(xù)了“閉門會+高層論壇+主題峰會”的主要框架，中國創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽第三屆國際新能源及智能汽車大賽全球總決賽也在會議期間舉行。電力頭條App全程直播本次大會。

清華大學(xué)教授李建秋出席“燃料電池產(chǎn)業(yè)化路徑與政策環(huán)境”主題峰會并發(fā)表了主旨演講。

以下為發(fā)言內(nèi)容：

尊敬的徐光華部長、干勇院士、吳志新主任，各位專家，上午好！很高興有這個機會向大家匯報行業(yè)發(fā)展趨勢和建議。

目前各整車企業(yè)在燃料電池發(fā)動機和燃料電池轎車的開發(fā)方面都已經(jīng)形成了相關(guān)的體系，從圖中可以看到這些發(fā)動機的參數(shù)。我們認(rèn)為目前國際上前四位的豐田、本田、奔馳和現(xiàn)代都已經(jīng)在這里了，商用車方面稍微有點不一樣，我們對比了轎車的發(fā)動機和商用車的發(fā)動機，可以看到轎車強調(diào)的是功率密度，耐久性做到5000小時可以滿足整車的壽命，但商用車方面的耐久性將會達到20000小時，功率密度是比較低的。我們也對全球燃料客車的情況做了對比，客車的發(fā)動機基本上除了豐田用的就是MIRAI金屬雙極板發(fā)動機，其他幾家用的還是石墨雙極板。

最近兩年國際上在卡車方面也開始了。Nikola-One提出了燃料電池和封閉驅(qū)動的重卡牽引車的概念，也推動了國際上燃料電池卡車的研發(fā)。日本日野卡車用的是MIRAI的兩套動力系統(tǒng)，豐田也在美國推出了30噸八級卡車，巴拉德也在做類似的卡車，還有其它方面的環(huán)衛(wèi)車，可以看到國際上在燃料電池重型車輛方面已經(jīng)開始研發(fā)了。

去年通用汽車推出了SURUS軍用無人駕駛?cè)剂想姵剀囕v通用底盤平臺的概念，我們認(rèn)為這個概念也是非常好的。可以看到這種車是沒有駕駛室和方向盤的，燃料電池、發(fā)動機和氫系統(tǒng)都在底盤的下面，是無人控制的。這樣的通用無人平臺既可以作為普通貨物的運輸車，也可以將來在戰(zhàn)場上用來救護，所以用途是很廣泛的。

我們對國際上的這些車輛本身的性能進行了對比，有的數(shù)據(jù)不一定完全準(zhǔn)確，因為我們是通過各種渠道收集來的。我們想給大家一個最深的印象：特斯拉純是純電動的，2噸的車跑400公里；現(xiàn)在燃料電池車可以控制在1.8噸，能跑600-700公里。日產(chǎn)車的數(shù)據(jù)是五年前的，五年前就停止了燃料電池車的開發(fā)沒有跟進，后面的都是最近五年新開發(fā)的車。不進則退，最近五年燃料電池車的技術(shù)是一年比一年進步。2014年底豐田推出了MIRAI，2016年推出Quality，到現(xiàn)在現(xiàn)代推出NEXO車，駕駛的感覺是一輛比一輛好，這是我們總的印象。

這樣的發(fā)展情況下，我們也對全球燃料電池的發(fā)展趨勢有了一個根本的判斷。這種判斷更多的是給投資人講的。今天參會的很多人對這個行業(yè)還不是很了解，所以我們想在這里和大家做一點宣傳。氫燃料電池大家都不太熟悉，還是需要多宣傳。如果到2020年，按照20萬臺/年的產(chǎn)量，燃料電池系統(tǒng)的成本大概是7000美元，大數(shù)就是4萬元人民幣，滿足歐VI排放的傳統(tǒng)發(fā)動機也就是這個價格。除了燃料電池還有儲氫、電池、變速箱和驅(qū)動系統(tǒng)，加起來動力系統(tǒng)是1.5萬美元，加上1萬美元的附件和其它成本，整車大概是2.6萬美元，也就是15-20萬元人民幣。傳統(tǒng)內(nèi)燃機B級車的價格，如果讓你買一個3分鐘加滿氫氣就可以跑500公里，天南海北零下幾十度啟動也沒有問題的車，你愿不愿意買呢？我想老百姓還是愿意買的，這就是將來的發(fā)展趨勢。

現(xiàn)在鉑的載量還在進一步下降。目前關(guān)鍵材料領(lǐng)域是1千瓦不到0.1克鉑，也就是100克的發(fā)動機大概不到10克的鉑，全球已經(jīng)投產(chǎn)的發(fā)動機當(dāng)中，做得最好的是本田的Quality發(fā)動機，12.5克鉑的載量，豐田和奔馳的發(fā)動機是20克鉑。現(xiàn)在國內(nèi)做傳統(tǒng)內(nèi)燃機排放后處理的企業(yè)，它們鉑的用量，如果要做到歐VI的排放也要幾十克鉑。這兩個已經(jīng)拉平了，這樣的形勢之下燃料電池貴金屬的用量和成本不再是問題。

基于這樣的國際形勢，結(jié)合張進華秘書長做的技術(shù)路線時候我們判斷下一步的重點是怎樣把產(chǎn)量提升上去，要通過上量做好降低成本。耐久性方面也要有突破，我們預(yù)計客車到2020年大概會有5000-10000輛商用車，這是2014年做的判斷，三年以后的2018年我們還是維持這個判斷。2017年我們統(tǒng)計了全國燃料電池商用車接近1000輛，就是幾家合起來，包括大化所和億華通的，未來幾年還是會繼續(xù)發(fā)展。通過前面1000輛左右的量，產(chǎn)業(yè)鏈整合以后，各個環(huán)節(jié)的成本下降很快。

關(guān)于耐久性也有一個材料領(lǐng)域發(fā)展的技術(shù)路線圖。首先是把膜本身的穩(wěn)態(tài)壽命提高到3萬小時，同時針對車用工況，包括停機、溫度循環(huán)、電堆不一致以及膜的機械耐久性，現(xiàn)在可以做到5000-6000小時。下一步到2020年的目標(biāo)是做到1萬小時，其中主要的工作是在機械膜的破裂、電堆的不一致性和溫度的不循環(huán)方面開展。我們努力的方向是到2025年達到2-2.5萬小時的實際工況壽命。現(xiàn)在預(yù)計是可行的，因為對2020年1萬小時的耐久性基本上已經(jīng)有解決的方案。下一步是到2025年的2.5萬小時。2.5萬小時是什么概念？就是公交車每天17個小時可以跑8年，和整車同壽命，耐久性也不是問題，所以從現(xiàn)在到2025年主要的工作就是降低成本、保證壽命。

我們可以參考一下日本，日本最近發(fā)布了燃料技術(shù)發(fā)展路線圖，里程基本上就是800-1000公里。讓我感到比較驚訝的是，日本在金屬板的轎車電堆功率密度已經(jīng)做到了3千瓦/升，認(rèn)為將來可以做到9千瓦/升，也就是說燃料電池在材料和工作過程領(lǐng)域還有很大的潛力。且不說怎樣達到9千瓦/升，我們還沒有看到詳細的報道，至少日本的同行已經(jīng)把這個目標(biāo)提出來了。現(xiàn)在我們大負荷發(fā)電的時候，一般燃料電池曲線是小負荷的時候電壓高，大負荷的時候電壓低，額定功率時是0.5-0.6伏之間，效率在0.6伏時不到50%。日本提出通過催化劑和材料的改進，將來在額定的發(fā)電電壓可以提到0.85伏，這是很有挑戰(zhàn)的一項工作。我們知道現(xiàn)在怠速電壓是0.9-1伏左右，如果從0.9-1伏要拉到大電流的話，大電流會有壓降和擴散的各種極化下降，但是到2040年下降的幅度很小，大概是0.85伏，要在催化劑和材料技術(shù)領(lǐng)域做很多的工作才能做到。圖中這里的萬指的是日元，可以看到也是比較低的。我認(rèn)為日本在燃料電池方面還是引領(lǐng)全球發(fā)展的，2018年到2040年燃料電池還有很大的增長空間。

下面講一講我們國家燃料電池的體系能力建設(shè)。以前我們只是講研發(fā)比較多，因為以前大企業(yè)跟進得少，一般講體系的話都是針對大企業(yè)來講的，學(xué)校或者小的研發(fā)企業(yè)很難健全這個體系。最近一兩年我們一汽、上汽和長安這些整車企業(yè)，包括重汽和濰柴這些國內(nèi)主流的行業(yè)已經(jīng)開始動了，這讓我們感到特別欣慰。在這樣的形勢下，2017年已經(jīng)有接近1000輛的產(chǎn)量，我們行業(yè)面臨的是怎樣進行體系化的建設(shè)。我們也想請相關(guān)的領(lǐng)導(dǎo)和專家在這些方面開展體系化的建設(shè)工作，大概是六個方面：

首先是機理分析和過程優(yōu)化體系，主要是在基礎(chǔ)領(lǐng)域，尤其是在材料和傳熱傳質(zhì)領(lǐng)域。日本的MIRAI我們已經(jīng)看到了，現(xiàn)在我們還沒有做到3千瓦/升，金屬雙極板大概是2千瓦/升，石墨雙極板大概是1千瓦/升，將來在材料工作過程當(dāng)中還是有很多工作可以做的。

其它的是電堆設(shè)計和集成制造領(lǐng)域、部件配套和測試評價、整車應(yīng)用與售后保障、氫能供給和安全運維。李所長講得非常好，氫的安全運維體系是不可或缺的一環(huán)，我認(rèn)為氫能源方面作為可再生能源的儲能系統(tǒng)，我們的認(rèn)識是相同的。

最后一個體系是行業(yè)缺人缺得厲害。現(xiàn)在行業(yè)當(dāng)中相互之間挖人，存量就這么多，要挖的話就是漲工資了，但是這點人是撐不起這個行業(yè)的，所以我們在兩年前向北京市科委建議，必須在北京的大學(xué)當(dāng)中有做催化劑材料的立項，通過科委的支持給大學(xué)老師幾百萬的項目，讓這些老師能夠把學(xué)生帶出來。去年、前年和今年科委都陸續(xù)立了一批項目，就是專門支持高校做機理分析和電堆設(shè)計。課題不大，也不可能做到產(chǎn)業(yè)化，但主要的目標(biāo)是讓這些高校為行業(yè)培養(yǎng)人。現(xiàn)在燃料電池行業(yè)太缺人了，所以我們把動力電池和燃料電池結(jié)合在一起，起的名字叫做電化學(xué)動力人才培養(yǎng)體系。以前汽車系培養(yǎng)的人主要是以發(fā)動機、變速箱、傳動、底盤這樣的人為主，但是現(xiàn)在我們搞動力的需要增加電化學(xué)這一塊的能力，具體包括催化劑載體、膜和膜電極。

武漢理工大學(xué)的潘牧老師是第三方的，我們在這方面也是有基礎(chǔ)的，分區(qū)診斷和檢測方面，過程優(yōu)化非常重要的第一步是模擬計算，就是傳熱傳導(dǎo)行不行。我認(rèn)為最關(guān)鍵的是怎么評價仿真和模擬計算，一定要能夠測到不同地方物質(zhì)的組分。過去我們花了很大的精力來做檢測平臺，現(xiàn)在可以做到內(nèi)燃機用高壓傳感器看到里面壓力的曲線一樣，我們可以看到電堆流到不同的地方，加了傳感器以后能夠看到那個地方的氣體組分和溫度。

電堆集成方面也有很多制造方面的問題。怎么提高金屬雙極板和石墨雙極板的制造效率，還有相應(yīng)發(fā)動機的外圍配套。現(xiàn)在我們國家外圍的配套還很不健全，這既是挑戰(zhàn)也是機遇。我們做了空壓機的調(diào)研，以空壓機為例子，國內(nèi)外有蝸桿式空壓機，還有羅茨式空壓機，這是豐田的MIRAI自己做的，但現(xiàn)在更多用的是高速離心式空壓機，就是8-12萬轉(zhuǎn)，然后用空氣軸承，電機和壓氣機直接一體化系統(tǒng)。這方面對我們國家現(xiàn)在還是一個挑戰(zhàn)，高速機和離心壓氣機也有人做，但是三個軸承連在一起的還是沒有人做，國際上是有人做的。

動力系統(tǒng)、售后服務(wù)和整車方面都不詳細說了，包括運維體系等等。最后我想強調(diào)的是，電化學(xué)動力學(xué)的人才培養(yǎng)體系既涉及到傳統(tǒng)內(nèi)燃機的流動和傳熱學(xué)科，也涉及到動力電池的電化學(xué)和材料學(xué)科，還涉及到DC/DC變換器，就是電力電子電傳動學(xué)科。現(xiàn)在我們是在很認(rèn)真地考慮清華汽車系動力方向的人才培養(yǎng)怎樣在傳統(tǒng)的燃燒、傳熱、傳質(zhì)的基礎(chǔ)上把電化學(xué)、電力電子的課程納入進來。我們已經(jīng)在課程和人才培養(yǎng)方面做了實質(zhì)性的改革，這些就是今天我向大家匯報的。

（根據(jù)發(fā)言整理，未經(jīng)本人審閱）

責(zé)任編輯：lixin

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