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摘要：近年來，城市交通運輸能源結構逐漸向低碳化轉型，氫能已成為汽車行業發展的新方向。作為真正意義上的“零排放，無污染”載運工具，氫燃料電池汽車的研發與量產必將成為全球汽車工業領域的一場新革命，而公交領域則是氫能源客車推廣應用的一塊重要“試驗田”。

關鍵詞：新能源； 氫燃料電池；零排放；節能環保

一、技術概況

氫燃料電池汽車具有環保性能佳、轉化效率高、加注時間短、續航里程長等優勢，是未來新能源清潔動力汽車的必然發展方向，各發達國家和地區都在積極布局搶占行業發展先機。在我國，氫燃料電池汽車也已從公交車開始，真正進入到我們生活中，從此開啟“氫能時代”的體驗。上海作為全國首批氫燃料電池汽車示范城市、首個發布地方性氫能源汽車補貼政策的城市，走在了全國氫燃料電池汽車推廣應用的前沿。若留心觀察，可發現氫燃料電池公交車穿梭于上海各街頭小巷，盡管“樣貌”與普通公交車并無太大差異，但“內里”卻更加環保，是當前深受市民歡迎的新型綠色交通工具。

近年來，臨港新片區以習近平新時代中國特色社會主義思想為指導，全面貫徹綠色低碳發展理念，立足率先實現“碳達峰、碳中和”目標，推進氫能多領域應用和基礎設施建設，構建“場景多樣、系統完備、運行高效”的氫能示范應用體系。根據《臨港新片區打造高質量氫能示范應用場景實施方案（2021-2025年）》，上海臨港公交公司全面落實綠色出行理念和公交優先戰略，十四五末將致力實現氫能源車輛的規模化應用，并在加氫站建設上有所突破，從而帶動和引領氫能產業在公交領域的發展。

定位于“上海氫能發展先行先試區、綜合示范區和產業引領區”的臨港新片區，聚焦城市公交等領域率先開展示范應用。臨港公交自成立以來，一直積極推進公交事業走上綠色發展之路。2021年10月，臨港新片區首條氫能公交線路在臨港片區臨港7路、臨港7路B線正式投入運營。截至目前，臨港公交共計118輛氫能公交車在臨港新片區實現了真正意義上的全商業化運營，整車、氫系統、動力系統等均為8年全生命周期質保，氫能車輛保有量在上海公交企業中排名第一。

二、燃料電池汽車技術創新點

此前，純電動城市公交車已在全球范圍內普及，但其充電時間長，續航里程較短，電池壽命、更換電池及電池退役成本比較高，電池污染挑戰城市環境承受力等問題一直被大家所詬病。而氫能作為最環保、最容易獲得的能源，被許多專家譽為“終極清潔能源”。氫燃料電池車輛相比傳統燃油車具有以下技術優勢：

（一）能量轉化率高，與傳統汽車相比，燃料電池車能量轉化效率高達60%~80%，為內燃機的2~3 倍。

（二）節能環保性能優越，燃料電池的燃料是氫和氧，生成物是清潔的水，它本身工作不產生一氧化碳和二氧化碳，也沒有硫和微粒排出。因此，氫燃料電池汽車是真正意義上的零排放、零污染的車。

（三）燃料補充時間短，氫燃料電池車加注氫氣的過程非常快速便捷，專用的加氫設備僅需8~10 min即可充滿氫原料，相對于純電動車超長的充電等待時間而言，其優勢是顯而易見的。

（四）可再生，相對柴油、汽油，氫能源最大的優勢就是可再生。除了工業副產品制氫之外，還能通過煤制氫、利用谷電電解水制氫等，全生命周期的能源效率要優于汽油、柴油。

三、臨港公交燃料電池公交車技術應用情況

臨港氫能源公交車輛車型為低地板高一級車輛，采用燃料電池和動力蓄電池組合的雙動力源系統。其車輛儲氫容積為1020L，最大儲氫量為26.5kg。同時，車輛裝備90.2kwh的磷酸鐵鋰電池，整車質量為11650kg。

目前，臨港氫能公交車輛的整車智能化程度較高，車上載有智能網聯車載信息服務系統，實現車輛自動報站、監控車輛運行實時數據、異常駕駛行為監控與報警、客流情況統計等。此外，車輛還設有“ADAS碰撞預警系統、360全景環視、泊車預警、駕駛員輔助、涉水報警系統”等智能輔助駕駛功能，為整車安全平穩運行提供有力保障。未來，臨港公交將借助先進的車聯網技術，與車企開展車聯網數字化管理工作，持續收集、整理氫燃料電池發動機投放過程中存在的故障問題以及性能表現數據，及時監控并持續改進氫燃料電池發動機工程質量，對車輛的發動機遠程故障診斷、駕駛員能耗行為管理和氫安全管理進行實時監管。例如駕駛員能耗行為管理，利用車聯網數字化數據積累與運算，得出最佳的駕駛習慣，用于后期推廣及培訓。同時對異常操作（如加速踏板踩至100%，急停急起步等）進行后臺報警，及時發現駕駛員的操作問題。

（一）做到全流程監控，優化車輛使用管理。

1、車輛能耗監測

臨港氫能公交車輛共配備3套氫系統，分別是上燃動力、康明斯和國鴻三家系統公司。2022年，車輛年度能耗均值為4.99公斤/百公里，其中上燃系統車輛行駛里程合計71.85萬公里，百公里氫耗5.22公斤，康明斯系統車輛行駛里程合計121.14萬公里，百公里氫耗4.74公斤，國鴻系統車輛行駛里程合計14.77萬公里，百公里氫耗5.35公斤。

2、續航里程測試

在滿氫、滿電的前提下，臨港公交通過正常營運對氫能源車輛進行極限測試。經數據跟蹤，在不開空調前提下，全部超過500公里以上，其中續航能力最長的車輛為574公里（氫氣S0C剩余5%，電池SOC剩余20%），最短車輛續航為531公里（氫氣S0C剩余2%，電池SOC剩余20%）。后續臨港公交在空調運行狀態下將進行極限測試。

3、萬公里故障率對比

氫能源部分車輛至今使用已近2年。據統計，萬公里故障率為0.13次，而純電動車輛萬公里故障率為0.82次。二者相比較而言，氫能車輛故障率更低。

4、車輛加氫情況

目前臨港公交氫能車輛加氫點共設2處，分別為平霄路和同匯路加氫站。平霄路加注量為1200kg/24h，可為38輛氫能車服務；同匯路加注量為2000kg/24h，可為80輛氫能車服務。此外，同匯路加氫站還包含為12列中運量服務，平均單車加氫時間為10分鐘。

（二）多措并舉管理，合理規范處置

1、確保車輛安全運行

公司成立工作監督組，建立定期檢查機制，監督測氫工作頻率與規范，每周組織對儲氫系統全面系統檢查，對各管路、接頭、閥類進行測氫檢查，要求測量值為0ppm，檢查覆蓋率為100%。如果測氫槍出現數值，檢查人員會使用泡沫進行滲漏測試，如發現問題立即修復，并連續測氫3天。

2、規范車間維保流

程氫能源車輛進入車間維保工位前，對整車氫管路、接頭、閥類進行測量，在確保正常的前提下，關閉氫系統（防止氫系統在維修工位上工作），駛入維保工位進行車輛維保。當維保結束后，停放至充電區域，對車輛進行充電。當車輛需要焊接、切割等動火作業，為保證安全，要求車輛在指定位置，由專人排放氫氣，確定安全后，方可開展動火工作。

3、編寫氫能車輛維保工藝規范

2022年3月，在市公交行業氫能源協會的大力支持下，臨港公交委托組織編寫氫能源公交車輛維保工藝，歷時一年，經過不斷的完善、驗證與修改，于2023年1月份通過專家組認定，完成了《燃料電池公交車（氫能系統）維護工藝規范》企業標準。

四、配套企業（氫系統）優勢介紹

圍繞整車企業，核心配套企業先后落戶于臨港，例如臨港公交現有氫能車輛所配備的氫系統主要由臨港本地企業（國鴻及康明斯）組裝生產，氫系統中的電堆、雙極板、膜電極等8大零部件大部分為臨港本地生產，再由系統廠商組裝，由此拉動了臨港氫能源產業的發展。其自主研發生產率達到75%以上，后續隨著發展，還將持續增加。

康明斯具有傳統與新技術的雙重積累。康明斯在燃料電池系統開發方面有25年的技術積累以及遍布全球共計2000多套的系統應用經驗。結合在傳統柴油機領域的百年歷程，積淀了許多關鍵的技術、能力及體系，為燃料電池系統技術先進性提供了支撐，具體體現在：

1）正向系統集成體系和能力；

2）車規控制系統開發；

3）為本地市場專門打造的產品開發體系；

4）全球化研發協作；

5）數字化賦能產品智能、運營安全和主動服務等。

康明斯氫堆的部分關鍵指標也達到了《“領跑者”標準評價要求車用燃料電池發動機》中的先進水平：

1）電堆功率密度行業領先；

2）絕緣強度10倍于國標要求；

3）起動特性超過行業水平；

4）系統效率高效區占比高；

5）系統尾排氫濃度控制嚴格于國標要求，提升安全要求。

五、燃料電池汽車的發展局限及應對措施

目前燃料電池汽車行業的發展整體仍處于產業化初期階段，燃料電池汽車的產銷量整體較小，在汽車行業中的占比顯著偏低，存在購置成本較高，尤其是制氫、儲氫、加氫等配套設施不完善、產業政策的變化以及供應鏈配套體系的不完善等，仍然制約燃料電池市場需求。

（一）購置成本方面

康明斯新能源通過自研、海外技術輸入，并聯合上海氫晨等核心供應商已經突破并掌握了燃料電池電堆、DC/DC、空氣壓縮機、FCU控制器等核心零部件的核心技術和集成、生產工藝。同時，公司上海新建工廠5000臺產線即將在2023年底投產，已具備一定的燃料電池系統及部分核心零部件的規模化產能。未來將進一步加大研發投入，通過技術進步、國產化進口替代以及本輪示范城市政策窗口期帶來的產業規模增大持續帶動供應鏈降低成本。此外，康明斯新能源還將聯合產業合作方積極探索無補貼推廣場景，盡最大可能拓展市場規模，帶動產業鏈上下游上規模降成本，爭取通過四年示范期將燃料電池整車成本進一步下降。

（二）配套設施方面

就像燃油車需要加油站、電動車需要充電樁一樣，燃料電池車也需要制氫廠和加氫站保駕護航。一輛公交車最大可以充裝26公斤氫氣，續航里程超過400公里，加氫與用油效率相當，免去了頻繁充電的煩惱和續航不足的擔憂，便于調度。氫燃料電池汽車目前在臨港新片區已形成了一個完整的汽車產業鏈，“十四五”期間計劃建成各類加氫站14座。隨著臨港新片區氫能產業的發展，中國石油和申能集團也贏得了開發加油加氫站的機會，當地政府也非常支持油氫合建，這樣可以最大限度地節約土地。在臨港新片區，中國石油和申能集團現在已成為加氫站建設的主力軍，還同時啟動了5座油氫合建站項目。

六、燃料電池公交車安全要求

（一）停車場地安全要求

在當前的技術條件下，燃料電池電動汽車建議單獨停放，與內燃機及純電動汽車分開停放。建議停車場地為露天場地，確保場地、通道通風條件良好。停車場地應遠離加油站、加氣站、熱源、潮濕、可燃設施/可燃物質堆放區域、有腐蝕性氣體以及灰塵較大的地方。停車場地應避開高壓電線及變電站等電力設施，電力設施可能產生的火花對燃電汽車的存放具有較大安全隱患。

（二）維修、維護場地要求

維修作業場所必須符合安全規定并能滿足燃料電池系統所需的安全要求（按國家相關標準安裝安全聯動裝置）。燃料電池車檢修與一般維護場地應設置防火墻，且防火墻等設施要滿足當地的防火管理部門要求。維修作業場所廠房內部凈空高度不低于8 米。維修作業場所應醒目標記燃料電池公交車專用維護車位及明示防火、防靜電標志。維修作業場所應配置通風設備保持通風良好，頂部不應有可能形成氣體積聚的死角并配置氫氣濃度檢測報警設備及火焰探測器。維修作業場所應采用防爆燈具和防爆開關。維修作業場所應遠離火源，作業區域（包括燃料電池公交車內）禁止吸煙。維修作業場所應配置隨時可用的功能良好的二氧化碳滅火器。

七、燃料電池未來發展方向

根據燃料電池相關政策規劃和產業發展狀況，預計2025年實現5-10萬輛規模的應用，2030年實現百萬輛燃料電池汽車的商業化應用。我國燃料電池汽車行業即將進入快速發展的階段。

從技術方面看，燃料電池的小型化、續航能力的提高、低溫啟動性、耐久性、燃料的回收以及降低成本將成為未來燃料電池汽車生產技術發展的方向。從應用來看，我國燃料電池產業化水平將逐漸提高，燃料電池汽車的購置成本將不斷下降，燃料電池汽車的應用前景良好。

踔厲奮發新征程，勇毅前行向未來。隨著氫能源公交車的不斷導入，臨港公交將與時代同向，與百姓同行，繼續以“綠色發展、優質服務”為宗旨，打造“更綠色、更環保、更高效”的公交出行服務品牌，讓新發展理念在臨港公交線將繼續落地生花，讓群眾享受到環保科技帶來的綠色出行便利，為新時代社會主義現代化強市建設貢獻公交力量，一幅“臨港公交高質量綠色發展”的壯美畫卷正徐徐展開......

[參考文獻]

[1] 2022年度上海市科學技術委員會科研項目：燃料電池城市公交客車運營管理指南

作者：朱杰 上海臨港新片區公共交通有限公司