我国氢燃料电池汽车标准体系的现状及分析

张 戈，杨燕红，刘 峰

(西华大学 汽车与交通学院， 成都 610039)

21世纪以来，全球交通运输领域迅猛发展。据统计，2017年全球汽车销量首破9 000万，销量增长2.7%，远超人口增速。不可再生能源的耗损和运输领域发展之间的矛盾日益加深，环境保护和能源节约成为了全球瞩目的焦点。节能环保的氢燃料电池汽车就是在这种大背景下应运而生的。目前，各国氢燃料电池汽车发展迅猛，据外媒报道，自2013年氢燃料电池汽车商业化开始，到2017年年底，全球总计售出6 475辆氢燃料电池汽车。

氢燃料电池汽车标准化是氢燃料电池汽车质量的技术保证。标准化是现代化生产的必要条件，它规定了市场秩序，有利于实现科学管理和提高管理效率，可以调整产品结构及其需求，且能提高产品质量和安全性，对氢燃料电池汽车产业的发展具有重大意义。

近年来，为了推动全球氢燃料电池汽车行业的发展，各国都在原有燃油车标准的基础上加快了氢燃料电池汽车标准的制定与完善。相较于美国和日本等氢燃料电池汽车行业发达国家，我国相关标准体系的发展较为滞后，主要表现在氢燃料电池技术标准、氢燃料电池汽车安全标准和储氢加氢标准等方面。如果想要赶上世界氢燃料电池汽车的发展脚步，我国氢燃料电池汽车标准体系的完善刻不容缓。

1 氢燃料电池汽车概要及我国氢燃料电池汽车的产业现状

1.1 氢燃料电池汽车概要

氢燃料电池汽车是一种用车载氢燃料电池装置作为动力的汽车。氢燃料电池装置是一种不燃烧燃料而直接以电化学方式将燃料的化学能转变为电能的高效发电装置。只要不断地输入氢气与氧气，就可以不断地向汽车提供电力，而生成的唯一“废料”只有水(见图1)。

氢燃料电池汽车具有以下优点[1]：

1) 环保性能好。无有害气体的排除，反应产物只有水。因为燃料电池是通过电化学反应来发电的，所以与内燃机汽车相比，噪音可以显著降低，并且乘坐舒适度会更加优于普通汽车。其中氢元素来源广泛。

2) 能源转换效率高。氢燃料电池能量转化效率比热机和发电机能量转换效率高得多。氢燃料电池有效能效可以达到60%～70%，而当代汽轮机和柴油机的效率最大值却仅仅只有35%～40%。

3) 燃料的多样性。天然气、乙醇等石油以外的多样的燃料可供使用，可以充分应对将来的石油枯竭问题。另外，可利用太阳光和生物等清洁的可再生能量来制造氢，减轻对环境的负荷。

1.电池：提供额外转矩，从再生制动储备能量； 2.氢气罐：提供氢气；3.氢燃料电池组：通过化学反应为电源泉模块提供电能； 4.电动机: 使飞轮转动； 5.电源模块：提供电能； 6.散热器：散热

图1 氢燃料电池汽车的结构及工作示意图

1.2 中国氢燃料电池汽车的产业发展现状

首先，在整车方面，根据2017年中国新能源汽车目录统计[2]，全国氢燃料电池商用车产量共1 226辆，包括10家车企、11个品牌的22款氢燃料电池汽车。其中客车19款，专用车3款。也就是说，目前国内氢燃料电池商用汽车已初步达到量产技术阶段，而由于乘用车对于技术和成本的要求更高，且面向个人用户销售使用的条件尚不具备，我国氢燃料电池汽车虽已进入商品化发展阶段，但总体进程上仍稍落后于国际发达水平。

其次，在燃料电池系统方面，国产氢燃料电池的技术水平较为落后，主要体现在电池电堆技术与国外差距较大。首先国内产品技术空缺严重。目前，国内高水平燃料电池电堆几乎都引进国外的成果，在核心原材料的产业生产化方面基本一片空白。其次在性能方面，国内自主研发的电池电堆虽已基本达到标准，但相较于日本丰田和本田这样的领先企业，耐久性和低温性较差。另外，国内燃料电池电堆产业链还需要进一步完善。

最后，在氢能产业与基础设施方面，虽然中国氢气来源非常广泛，但车用高纯氢非常匮乏，且管道氢气输送尚处于基础阶段。由于我国氢燃料电池汽车产业化应用的供应链体系未形成，导致了车用高纯氢价格过高，加氢站建设十分缓慢，严重阻碍氢燃料电池汽车示范运营。截止到2018年2月，我国加氢站已有31座，正在运营的仅有12座[3]。

总的来说，国内氢燃料电池汽车的发生尚处于起步阶段。根据国家的发展要求，我国已基本完成在2010—2020年实现氢燃料电池商用车的小批量生产工作。在下一个10年，我们要做到氢燃料电池汽车整体技术水平基本与国际水平相当，并且实现氢燃料电池电动汽车的大批量生产。

2 我国氢燃料电池汽车标准化体系框架及其发展现状

实施氢燃料电池汽车标准化工作的重点就是建立完整的氢燃料电池汽车标准化体系框架，其对于氢燃料电池汽车在我国的快速发展具有重大意义。在20世纪90年代，我国电动汽车技术与标准委员会初步建立了我国新能源汽车标准化体系。

对于一个完整的标准体系，其内容应包括外部支撑、适用零部件、专业功能三大重点。其中：外部支撑应包括法律法规、管理机构、技术配套等方面；适用零部件应包括整车性能、动力电池、加氢系统等方面；专业功能应包括技术标准、经济标准、安全标准等方面。具体框架见图2[4]。

3 我国氢燃料电池汽车标准化体系的发展现状

总体来说，我国氢燃料电池汽车市场具有十足的潜力，相关标准体系虽已有一定雏形但还不成熟。作为生产与发展的保证，中国氢燃料电池汽车标准体系的制定和完善就显得尤为重要。

图2 氢燃料电池汽车标准体系框架

3.1 氢燃料电池汽车标准体系制定的前期工作

中国燃料电池汽车国家标准的前期研讨工作从2006年3月开始。2007年初，全国汽车标准化技术委员会、中国汽车技术研究中心、上汽股份和同济大学等机构和企业的10多位高级科研人员组成了专门项目组。随后在2009年底，标准委员会颁布了中国第一批燃料电池汽车的国家标准，包括《燃料电池电动汽车术语》《燃料电池电动汽车安全要求》这两则最基础、最重要的标准，标志着中国氢燃料电池汽车标准制定的开端。除此之外，在“十一五”期间，还制定完成了《燃料电池发动机测试性能方法》《加氢车技术条件》《燃料电池车加注装置》《车载氢系统》等标准，并开展了其他相关标准的研究[5]。

3.2 我国氢燃料电池汽车标准体系的发展现状

经过10年间的不懈探究与奋斗，中国氢燃料电池汽车标准体系已初步形成。根据中国汽车工程学会统计，截至2018年5月，中国国家标准化管理委员会累计发布国家标准、行业标准76项，其中涉及电池、反应堆34项，氢能基础设施27项，燃料电池汽车15项。现行标准62条，已废止标准2条，即将实行标准12条。具体情况如表1～3[6]所示。

表1 中国氢燃料电池汽车标准(电池电堆)

表2 中国氢燃料电池汽车标准(氢能及基础设施)

续表(表2)

表3 中国氢燃料电池汽车标准(燃料电池汽车)

3.3 国内氢燃料电池汽车标准与国外相关标准的比较与分析

3.3.1与美国氢燃料电池标准的比较

美国是氢燃料电池汽车发展大国，其对氢燃料电池汽车标准的制定已有20多年的历史。

至今，美国已经形成了世界上最完善的燃料电池汽车标准体系。美国氢燃料电池汽车标准发展的优势在于：

其一，美国政府大力鼓励和扶持氢燃料电池产业的发展，相关标准制定机构联合多个国内外技术机构和国内多家汽车企业，共同进行标准体系的制定和研究。与此同时，美国分别成立了“排放和能耗、接口、性能、安全、可回收、术语”这6个方面的专门工作组，分别针对不同的领域和各自的特点，对氢燃料电池汽车标准体系进行研究和完善，如图3所示。各工作组都有部分代表性标准[7]，如表4所示。

图3 美国氢燃料电池汽车工业标准联系

相比之下，中国的氢燃料电池汽车标准的制定工作就显得比较单一。目前我国氢能与燃料电池产业标准涉及汽车行业、燃料电池行业和纯氢制备行业等，国内各主管部门基本处于“各管各事，互不联系”的局面，导致标准制定工作进程较慢。氢燃料电池汽车相关标准的制定应由国家层面牵头，统筹协调各方标准诉求，促成机构间形成有效衔接，进一步完善我国氢燃料电池汽车相关标准体系。

其二，美国对氢燃料电池的再回收工作十分重视，他们早在氢燃料电池汽车推出之前就考虑了燃料电池梯级利用和回收。通过“再利用—再加工—再销售—再循环”的方式，从经济效益、技术及商业可行性分析，全面开展了燃料电池的可回收工作。而中国在这方面则比较欠缺，从当前发布和即将发布的70余条氢燃料电池汽车标准来看，并没有涉及氢燃料电池的回收和再利用。

表4 美国氢燃料电池汽车标准(部分)

续表(表4)

3.3.2 与日本氢燃料电池标准的比较

日本的氢燃料电池汽车标准制定与发展工作走在世界前端，在世界氢燃料电池汽车标准体系的制定过程中起着风向标的作用。日本的多项氢燃料电池汽车方面的标准已被联合国采用，如在2013年7月，联合国宣布采用日本方案制定燃料电池汽车安全标准。

日本的氢燃料电池汽车标准体系中最具有代表性的标准是燃料电池方面的标准，其中磷酸形燃料电池相关标准较为全面。所谓磷酸形燃料电池，就是以磷酸为电解质，利用廉价的炭材料为骨架，以氢气、甲醇、天然气等低廉燃料进行发电。在日本，磷酸形燃料电池已经成为发展最快、最成熟的一种氢燃料电池，而在国内的开发和标准制定还十分不足。

中国虽然颁布了一些氢燃料电池相关标准，但是大多比较笼统、分散，且对安全性能和电池寿命的规范不足。另外，日本对于加氢技术和加氢设施的规范较为完善、严格，这也是我国承担氢燃料电池汽车标准制定的相关技术人员应当在标准体系的完善过程中加强的部分。

日本关于燃料电池的标准[8]如表5所示。

3.3.3 建议与发展

从前文的分析来看，中国氢燃料电池汽车标准体系的建立与发达国家还存在一定差距。这些标准虽然能够为氢燃料电池汽车的发展提供一定的支持与保障，但由于氢燃料电池汽车在中国的发展较晚且水平较低，氢燃料电池开发的核心技术水平不到位，加氢站等氢燃料电池汽车的基础设施建设不足，所以尚不具备大批大量生产氢燃料电池汽车与市场投放的能力。

工信部在2018年3月发布的《2018年新能源汽车标准化工作要点》指出，新能源汽车的标准体系制定的3个要点是：其一、开展重点标准研究，优化体系建设，包括基础通用领域研究、整车领域、关键系统部件领域、充电基础设施领域、标准体系优化改善；其二、加强国际交流协调，推动中国标准国际化；其三、强化组织保障，积极发挥行业力量。所以，为了加快氢燃料电池汽车相关标准体系的发展，需要在以下几方面开展工作[9]：

1) 理清标准体系框架，明确标准建设路线图。目前，我国氢燃料电池汽车相关标准已覆盖术语、整车安全、技术条件、试验方法、加氢系统等多个方面，但是建设中还存在一部分缺失环节(技术标准十分欠缺)，相较于美国、日本氢燃料汽车标准体系，我国的标准体系较为单一。

2) 参考、借鉴国外氢燃料电池汽车发达国家的已建立的相关标准体系，结合中国国情与氢燃料电池汽车产业的大环境，对目前已有的氢燃料电池汽车标准进行修改与完善。

3) 促进技术水平提升，尽早提升到世界第一水平线。目前中国氢燃料电池车标准体系建立过程中的基本问题是理论性大于可行性。也可以说，市场成熟度比技术成熟度低，对投入市场前后的应用性标准的建设还远远不够。加强标准的可操作性与可实践性，在不断的实践中逐步加快氢燃料电池汽车标准建立步伐，是我国现阶段氢燃料电池汽车标准体系建设的一大目标。

4) 加强与相关企业的合作，鼓励其参与相关标准制定工作，成立相关工作小组。鉴于行业中企业的参与度较低，且考虑到企业在标准建立中的巨大作用，中国氢燃料标准体系的制定应围绕相关企业联合建立制定研究组，共享信息，共同发展。

5) 加强安全方面的标准建立。由于氢气一直作为高度危险品进行管理，部分标准与法规已与技术发展不相一致，应在经过严密验证后，科学评估安全风险，在保障安全的基础上，结合实际需要逐步适度调整。

表5 日本燃料电池汽车的燃料电池方面的标准

4 结束语

氢燃料电池汽车的中国市场是一个潜力较大的市场，但目前我国氢燃料电池汽车产业的标准化体系尚处于初级阶段，一定程度上限制了我国氢燃料电池汽车产业的发展。为了让技术规范跟上本国产业发展的步伐，更为了早日赶上氢燃料电池汽车强国的发展速度，必须重视其标准体系的完善。应参考学习国外的标准，结合本国的实际情况，加快研究和实践的步伐，这样中国氢燃料电池汽车的蓬勃发展指日可待。