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　　2019年1月11-13日，“中國電動汽車百人會論壇(2019)”在京召開，此次壇主題是“汽車革命與交通、能源、城市協同發展”，將圍繞汽車零排放和電動化變革、能源轉化及傳統能源公司轉型、未來交通和出行變革圖景、下一代汽車關鍵技術發展、汽車智能化和網聯化趨勢、核心供應鏈培育、汽車生產組織方式變革、國際創新對接、產業政策調整等熱點問題進行研討。

　　活動期間，以“燃料電池汽車產業化的路徑與保障”為題的主題峰會同期舉行，會上，清華大學氫能燃料電池團隊負責人李建秋發表演講。

　　以下為演講實錄：

　　尊敬的衣寶廉院士，尊敬的歐陽老師，王海江老師，尊敬的各位專家、各位領導，大家上午好!剛才衣老師把國內外的情況都做了簡單介紹，郭副市長也把張家口，還有歐陽老師補充的，張家口的戰略意義都非常清楚了，下面就是怎么落實，擼起袖子加油干就行了。所以今天我就匯報一下我們在氫能燃料電池方面研究的進展情況，也對后面的趨勢做一個判斷。

　　我們都知道燃料電池系統我們俗稱為發動機，包括了單體、電堆、系統，系統里面包括了氫氣系統、空氣系統、冷卻系統、功率輸出控制系統等等。

　　我們的團隊在歐陽老師的指導下，前面已經做了十多年了，從2015年開始逐步在各種車型上推廣應用。目前我們取得了幾個主要的進展在這里給大家匯報一下：

　　第一，我們把流場的設計跟我們的流道里面氣體濃度的測量結合起來。因為你要提高電堆的功率密度，就必須要能夠知道它的濃度分布是不是合理，所以在這些關鍵的技術上面，我們首創了國際上的沿著通道，就是流道方向的哪個點在什么樣的工況下、氣體濃度的組分是什么樣的，我們有一個比較大的突破，這樣你就能看到，沿著氣體濃度的方向，(PPT)右下角圖4，我們測了，我們把模型跟測試結果匹配標對完反過來再做改進的設計，就能夠預測我們的性能。我認為這個是我們真正取得很大突破的地方，就像傳統內燃機一樣，你有缸內的壓力傳感氣，你能看到燃燒的壓力是怎么樣升高的，反過來你就可以改你的燃燒室。如果沒有這個閉環設計的手段你是提高不了的，所以這塊是我認為我們近期很大的進展。

　　第二，我們提出了雙循環系統。我們現在知道一般陽極再循環大家用的比較多，我們現在把陰極再循環也用上，雙循環，就是陽極和陰極同時再循環，通過陰級再循環，防止電壓過電位，低速的快速啟動、濕度的控制都有很好的效果，在這方面國際上我認為我們也是首創，量產的發動機用雙循環系統。(PPT)這是在實驗室里做的，這是10千瓦時電堆的雙循環臺架，那邊是30千瓦的雙循環。通過雙循環能夠在冷啟動的時候縮短60%的時間。

　　第三，下大力氣進行整個發動機的系統集成，各個部分怎么設計、怎么模塊化，同時在發動機控制上面我們提出了含水量閉環自適應的控制。我們都知道，如果你的車要能夠適應春夏秋冬不同的濕度、不同的溫度，而且又有不同的功率變化，水是它生成的產物，含水量的控制是非常關鍵的，一般如果你不閉環，要么就是磨缸、要么就是水淹，實際上是失穩的，我們在怎么樣實現水的閉環方面做了很多工作，像豐田做到，整個電堆的含水量閉環，我們現在可以做到，除了整個堆，每片的含水量我們都可以看到，一個堆比如說300片，你這里面每片的含水量是什么樣的我們都能知道、都能看得清楚，通過這個技術能夠提高對電堆工作狀態的診斷。

　　第四，動力系統方面，我們實現了電電混合動力，通過這個實現它的長壽命。

　　第五，在整車的氫安全方面，我們已經做了十多年，安全是始終要保證的，所以我們在系統設計上怎么樣保證系統的安全也做了很多的工作。

　　第六，針對耐久性，我們也做了很多方面的研究工作。有的已經開始應用了，有的還沒有，因為耐久性特別像我們的木桶效應，40幾項措施里面，如果有一項你處理得不好，這個堆的耐久性可能就不行，所以必須所有的綜合措施都得加上來，包括在材料領域、在系統領域、在發動機控制領域，在整個動力系統的領域應該怎么樣，再把它通過我們動力系統的循環，把它還原到我們測試臺架上的測試標準，最后通過像右下角這個紅線是我們燃料電池的動態工況，這樣的動態工況下到底能承受多長的壽命，我們現在基本上做到了1萬小時的耐久性。后面基于材料方面的改進，比如膜電極的材料要能夠超過3萬小時，在應對將來到2025年膜電極材料要達到4萬小時，不同的車用循環對照下來，能夠做到2萬—2.5萬小時，到2025年我們的判斷，基本上可以做到跟整車同壽命。

　　基于整套的，從電堆到發動機、到動力系統，再應用到整車上，目前已經開始產業化，并且有不同的企業已經開始進行相關的測試和驗證。(PPT)這個是福田的車在張家口崇禮，低溫適應性的情況，證明我們整個燃料電池車可以在零下25度的環境下運行，發動機本身在實驗室里已經可以做到零下30度啟動，但是我們在實際車輛應用，還是會用動力電池和燃料電池相互配合的關系幫助它快速啟動。

　　同時剛才歐陽老師的觀點我們是很認同的，如果我們對燃料電池汽車解決了它的低溫環境適應性的話，本身整個車輛在低溫的環境下運行是非常好的，為什么呢?因為我們的燃料電池，比如一個60—80千瓦的燃料電池發動機，它的輸出廢熱，就像我們傳統的柴油機一樣是有余熱的，這個廢熱大概也是60—80千瓦，這60—80千瓦如果夏天的時候要通過散熱系統專門散掉，如果是冬天的話，就只需要，比如說你可以拿它來給乘客艙采暖、給動力電池保溫，所以整個車輛在冬天的時候，乘客艙的溫度是可以控制的比較好的，而且它不用消耗燃料電池或者動力電池自己的電量來維持這個溫度。

　　所以，我們說燃料電池汽車是可以做到冬天如果加了整車的綜合熱管理可以跟夏天一樣長的續駛里程，純電動是做不到這一點的，純電動一定要消耗存儲電池里的熱量來殘熱，不管是PTC的加熱還是好的制熱空調，都是要消耗電量的，消耗動力電池的電量就意味著你的車冬天的續駛里程會變短，但是燃料電池不會，燃料電池夏天的時候需要消耗電量來給空調供電，而在冬天的時候只需要用廢熱給乘客艙保溫和采暖。所以從理論上講，冬天的里程應該比夏天還長，這個我們正在跟宇通和福田，如果張家口夏天不用開空調的話，冬天和夏天的里程是一樣長的。這個也是我們堅持在張家口的原因，張家口是我們在北方地區新能源汽車真正跟傳統燃油車同樣續駛里程的一個很好的試驗點。

　　高原環境我們也進行了測試，車輛從北京開到張家口，將來可能還會開到比如說唐古拉山等等更高原的，看看我們燃料電池發動機，現在我們國內也是很少做的，燃料電池發動機里面也有空壓機，空壓機在高海拔的環境下是不是也有環境適應性的問題，但是張家口因為海拔高度還不算很高，1千多米，這個現在測試結果是沒問題的，當然現在就開始產業化了。

　　所以客車和物流車現在基本上我認為已經進入大規模產業化階段，就是說性能完善，比如功率大一點、電池多一點、熱管理做的完善一點，我們學校就慢慢的要再往前走一步，就是利用物流車和商用車，把我們整個燃料電池發動機產業鏈完善了之后，發動機的成本就會下降，同時剛才衣院士講的我們也是非常認可的，發動機的功率密度和降低成本，功率密度上去了、成本下來了之后，下一個我們就會殺個回馬槍，就是進入轎車領域。在北方地區，燃料電池轎車我們認為仍然有它強大的生命力，現在我們正在跟北汽，今天北汽領導也有在座，我們已經做了兩輪，這個是最新的一輪，現在已經可以跑了，這樣轎車我們肯定是要干的。同時，我們也在跟青島四方干有軌電車，用的就是我們客車的電電混合動力系統。現在第一輛車在四方佛山南海正在示范，車已經可以跑了。所以我認為，有軌電車將來也是重要的應用場景，傳統的有軌電車需要帶個“辮子”，要有供電軌道，要么上面有供電電纜，要么有第三軌，我們剛開始不知道，后來一問，它的供電這套基礎設施，包括電網、電站、供電軌一公里要3千多萬，我現在把燃料電池在線發電，就是一輛車增加幾百萬，把燃料電池系統裝到車上去，不要這個供電軌了，這兩個軌道是不帶電的，這個建設成本大大降低。而且有軌電車，只需要在始發站建一個加氫站就行了，所以這個我們認為下面還有發展的空間。我們現在給它的氫系統配的35或者70兆帕的，將來如果配上液氫系統，我這個有軌電車一天跑下來都沒有問題。當然我們青島四方去年也拿了個獎，就是氫能燃料電池的。

　　再匯報一下我們正在干的工作，這個是北京市科委給我們的項目，我們現在也在國內尋求合作伙伴，我們整車企業看誰感興趣，主要是針對我們重卡的領域。因為燃料電池發動機是可以做到功率偏大的，而且一會兒我會有一個經濟性的分析，就是說在重卡領域，純電動相比來講，沒有燃料電池這么有優勢，我們前面也做了市場的調研，我們有這個長途的客運比如省際物流1千公里的，一般是6×4的半掛拖車，現在是柴油機改成LNG，就是下面兩個氣罐的這種，還有一種針對城市里的城建車輛，比如渣土、水泥攪拌，8×4的這種，35噸級的，城市建設，像北京公轉鐵，鐵路把基礎建設運到車上，渣土城建車輛就把它運到工地，這種車輛現在純電動電池占的比重比較高。我們基本上，第一個車型就是針對8×4的，這個項目我們現在正在做，我們會研發發動機、動力系統，現在不知道哪個整車感興趣，加入我們一起來做，現在福田是我們的一個合作伙伴，下面也有其他的合作伙伴感興趣，如果感興趣回頭可以來找我。

　　我們基于原有的純電平臺、LNG的平臺來做這個工作，我們將采用液氫的系統，不再采用氣氫了，比如舉個例子，這是我們的一個初步的方案，我們燃料電池的功率大概會做到160—200千瓦，就是保證在長途的公路八九十公里可以持續開，加一次氫氣1千公里，并且我們會采用先進的電動輪技術，就是電機是直接在輪轂里面的，就是先進的分布式電驅動技術、大功率燃料電池發動機技術、先進的液氫儲氫技術，包括它的綜合能量管理。昨天我們歐陽老師的報告有一個預測，大概重卡2030年左右會成熟，我們要有一個提前量，我們現在就開始要做初步的研究了。

　　第二部分，下一步燃料電池汽車的發展會怎么樣。

　　剛才衣院士也介紹了相關的情況：第一，要保證它的效率。比如我們現在額定電壓一般是0.6V左右，0.65V，將來慢慢通過材料水平技術進步慢慢會提高的，我們知道反應電壓越高效率就越高。第二，成本。我們認為2025年左右大概是3千—5千元，2030年會降到1千元，1千元是什么概念呢?像12米公交，一般用50—60千瓦的發動機，1千/千瓦大概5—6元，這個錢的成本已經低于我們國6柴油機的成本了，所以將來燃料電池還會有顯著的成本下降。

　　(PPT)這是我們做的一個預測，不一定對，黑色的目標是2014年的時候，我們那個時候判斷的，每個階段我們指標大概能夠實現什么樣的水平，去年我們做了一個中期的評估，看我們達到了什么樣的水平，大家可以看到，2018年的時候我們已經實現2.0千瓦/升，而且2.0千瓦/升，不是指峰值功率密度，指額定功率密度，比如像一般轎車上面，3.0千瓦/升、3.1千瓦/升，那個指峰值功率密度，30秒，額定的功率密度現在國內外的大概1點幾到2左右，就是像大連新源大概1.9，大概是這個水平。鉑載量0.4，成本大概1萬元，耐久性基本上做到了1萬小時。可以看到，藍色的目標是基于2018年取得的成果和國內外的形勢，重新做的目標，功率密度、低溫性能，這些我們都做了向上修正，對于轎車的續駛里程我們也做了向上修正，包括耐久性也做了向上修正，我們關鍵技術這幾年做的，而且我相信，現在我們因為大企業大量的加入，將來燃料電池汽車的技術進步還會呈加速的趨勢，到2025年我們大概可以做到3—4千瓦/升，零下40度，系統的成本會降到2千—3千元，到2030年會降到1千元。所以，尤其是我們北方地區，還是要堅持走燃料電池的路線，從大車開始，甚至高車。如果到2025年我們做到2千元/千瓦，轎車比如50千瓦也就10萬元，我想一個整車加起來賣25萬左右B級車是可以的，所以我認為將來還是會有很好的潛力。

　　國際上也有不同的預測，(PPT)這是各個國家做的預測，燃料電池增長的幅度都會越來越大的，而且從我們國內的情況來看，我認為燃料電池在商用車領域替代的速度會進一步加快。因此，我們不斷的調整這個目標，還是堅持2020年左右我們國內會達到年產1萬輛的目標。

　　液氫我們想給大家講這個故事，大家也看到了，今年可再生能源與氫能的專項里面就出現了液體儲供氫技術課題的指南，這也是應對形勢的變化。大家可以看到，從燃料罐的體積跟燃料罐的重量，液氫35、70兆帕都是有優勢的，也是離傳統燃油車的燃油能量密度最近的。液氫當然液化是需要能量的，我們也跟高壓的氣氫做了一個比較，在中等規模的液化，1公斤氫氣液化大概是10—15千瓦時的電量，到2030年，由于液化工藝的改善，可以做到7公斤，大家可以看到，你把氫氣加壓到70兆帕，加壓也是要6千瓦/公斤的，這樣等到2030年前后，液氫的單位能量能耗就跟氣氫接近，但是液氫的能量密度可以做到10%的重量比，尤其是罐子越大它的重量比越有優勢。氣氫現在70兆帕大概是5%的重量比左右。而且可以看到，這是日本巖谷的液氫輸運，在儲存方面都是液氫的儲罐，所以我認為我們國內，在儲運方面、輸運方面，液氫先做起來，我們團隊更加激進一點，國外我們也分析了，像美國的尼古拉1，他們重卡的概念現在實測還沒有出來，但是他也用的液氫的方案。

　　我們比較一下燃料電池重卡跟純電動重卡的對比，假設3千元/千瓦，一個160千瓦的燃料電池發動機大概50萬，氫系統大概18萬，18萬其實是有富余的，LNG的儲罐不會要18萬，LNG跟液氫LH罐的整個系統，除了溫度更低之外，整個系統是非常類似的。因此，我也配電電混合動力系統，我要有12萬、60度電，它跑500公里這是沒有問題的。右邊，我們按照比如重卡100公里大概200度電，這樣500公里的續駛里程大概1000度電，按照現在系統能量密度160瓦時/公斤，大概6噸多。其他的我認為都不變的話，動力系統的成本可以看到，燃料電池是90萬，那邊是110萬，這是我們30元/千瓦算出來的結果。剛才我講了，如果我們按照1000元/千瓦，這個成本會更低。所以，重卡燃料電池我認為有先天的優勢，從它的重量、從成本都會有優勢，這個就是現在北京市科委支持我們正在搞的，科委給我們提了一個要求說，第一，你必須跟福田這個整車單位合作，第二，你必須拉一個北京不是整車的企業合作，我們就想跟哪個企業合作，比如東風、一汽感興趣我們一起來做，整車、底盤、集成到時候我們一起來做。