插电式氢燃料电池汽车研究现状及未来发展概述

郭凯

摘 要：作为新能源电池汽车的研究方向之一，插电式氢燃料电池汽车技术已经引起世界各国的广泛关注。随着国家政策的推动，尽管面临一系列制约条件，插电式氢燃料电池汽车仍然得到长足发展。文章主要对当前插电式氢燃料电池汽车的研究现状进行了分析，提出制约其发展的影响因素及相应建议，并对未来插电式氢燃料电池汽车的发展做出预测。

关键词：插电式氢燃料电池;汽车;研究现状;发展预测

中图分类号：TM911.42  文献标识码：A  文章编号：1671-7988（2020）16-06-03

Abstract： As one of the research directions of new energy battery vehicles， plug-in hydrogen fuel cell vehicle technology has attracted widespread attention from countries around the world. With the promotion of national policies， despite facing a series of constraints， plug-in hydrogen fuel cell vehicles have still made considerable progress. This article mainly analyzes the current research status of plug-in hydrogen fuel cell vehicles， puts forward influencing factors and corresponding suggestions to restrict its development， and makes predictions on the future development of plug-in hydrogen fuel cell vehicles.

Keywords： Plug-In Hydrogen Fuel Cell; Automobile; Research Status; Development Forecast

CLC NO.： TM911.42  Document Code： A  Article ID： 1671-7988（2020）16-06-03

前言

随着我国汽车生产量持续增长，对能源的巨大需求和大气污染的治理形成巨大挑战。面对这样的处境，插电式氢燃料电池汽车出现在人们的视野，以其零排放、零污染等特征得到了广泛关注，吸引了大批研究者的兴趣。

1 国内外插电式氢燃料电池汽车的发展现状

1.1 国外插电式氢燃料电池汽车的研究现状

梅赛德斯奔驰的插电式氢燃料电池车GLC F-Cell，已经具备量产的可行性[1]。这款车除了加氢发电外，还可以直接插电给电池充电，成为世界上首款采用插电式燃料电池技术的混动车型。整个动力系统具有Hybrid、F-Cell、Battery及Charge四种模式。

在Hybrid模式下，系统将同时从氢燃料电池系统与锂电池获取电能，如图1。

在F-Cell模式下，系统只会消耗氢来提供电动机所需的电力，如图2。

Battey模式代表GLC F-Cell化身为一般纯电动车，如图3。

现代旗下 Genesis品牌也推出了一款概念SUV车型 GV80[2]。厂商表示：该车采用了最新的插电式氢燃料电池技术，兼顾了环保与性能表现。但是现代并没有深入讲解GV80的细节，当前它还停留在概念阶段，无法保证它会很快投入生产。

1.2 国内插电式氢燃料电池汽车的发展现状

2014年，上汽乘用车发布了一款插电式氢燃料电池轿车荣威950 Fuelcell[3]。

该车搭载有两个氢气瓶，储量达4.34公斤，车辆最大续航里程为400公里。

2019年，长安新能源CS75插电式氢燃料电池车正式亮相[4]。该车续航里程可达510km，其中氢燃料模式下续航450km，纯电模式下续航60km。另外，该车只需五分钟即可将氢充至700bar。

2 制约插电式氢燃料电池汽车发展的影响因素

2.1 燃料電池寿命短、成本高

氢燃料电池车使用寿命短是因为使用的催化剂寿命短，电池内电极容易“中毒”而使其寿命大打折扣。此外，车辆复杂的工况运行也是导致燃料电池寿命较低的原因之一。

在我国，制氢的主要方法有四种：煤转化制氢、天然气蒸汽转化制氢、甲醇或氨裂解制氢、水电解制氢[5]，各制氢方法成本如表1所示。从表中可以看出，不管哪种制氢方法，都有着高昂的成本。

2.2 氢气加注站网点少、配套服务建设滞后

根据H2stations.org数据库的统计，2019年全球新增了83个加氢站，总数达到了432个[6]。图4展示了2014-2019年全球加氢站数量变化情况。从图中可以看出，虽然全球加氢站数量逐年增加，但是对比全球汽车保有量来说，还远远不能满足当下市场需求。

图5展示了我国各省市加氢站的分布情况。从图中可以看出，我国的加氢站主要分布在东南地区及沿海发达城市，而在其他欠发达地区，加氢站的数量远不能满足市场需要，这很大程度上制约了插电式氢燃料电池汽车的发展[5]。

2.3 严苛的制取、储存条件

高纯度氢气的制取过程不仅复杂，且必须消耗大量的能量。为了保证燃料电池汽车的续航里程，必须采用高压容器对密度较小的氢气进行压缩储存，使得氢气罐制造成本大大提高[7]。据相关数据统计，如图6所示，2012-2018年，我国氢气产量虽然呈逐年递增趋势，但增速较慢，离氢能源的广泛普及还有很长的路要走。

2.4 安全性存疑

氢燃料电池汽车要想实现量产化、商业化甚至完全替代燃油车，消费者的认可度将是最直接的决定性因素。目前，消费者对氢燃料电池汽车的认可度偏低，主要是对氢燃料电池汽车的安全性存在疑虑。并且，产业总体上对燃料电池汽车安全性认识不足，燃料电池汽车设计及应用中的安全性要求积累不够。工业和信息化部已经编制了《氢燃料电池汽车安全指南（2019）》[9]，系统地梳理了燃料电池汽车、关键部件及系统的设计、使用等各个环节的安全风险及其防范措施，极大提高了燃料电池汽车全生命周期安全性水平。

3 插电式氢燃料电池汽车的未来发展

由于当前世界每年的能源消耗巨大，终将面临能源枯竭的危机，世界各国都在快速推进氢燃料电池汽车的发展，并且都带着政策属性，志在必得。图7展示了到本世纪中叶我国氢能的需求量预测情况。

从图中可以看出，预计到2050年氢能在我国能源体系中的占比将达到10%左右。与此同时，《中国氢能源及燃料电池产业白皮书》指出届时加氢站网络将构建完成，氢燃料电池汽车的产量将达到520万辆/年，燃料电池车辆保有量达到1000万辆[8]。因此我们可以大胆的预测，插电式氢燃料汽车的发展是大势所趋，是历史发展的必然结果，相信在经过不断的改进和创新，插电式氢燃料电池汽车必将得到广大消费者的认可和青睐，甚至可能完全替代传统的燃油车，成为行业主流。

4 结论

虽然现在大部分插电式氢燃料汽车依然处在概念设计阶段，离最终的量产化还有一定距离，但是凭借其独有的环保节能优势，随着技术的不断成熟、国家政策的不断推动、消费者认可度的不断提升，插电式氢燃料电池汽车完全有可能取代传统汽车成为行业主流。

参考文献

[1] 姜澈.燃料电池加身，奔驰GLC F-CELL国内首发[EB/OL]. （2019- 06-11）[2020-03-19].https：//www.autohome.com.cn/ news/ 201906/ 937467.html.

[2] 制造加工.现代展示Genesis GV80插电式氢燃料豪华SUV概念车型[EB/OL].（2017-04-17）[2020-04-07]. http：// www.execunet.cn/ newsinfo. asp？id=1527447.

[3] 电动汽车时代网.首发：荣威950 Fuel Cell[EB/OL]. （ 2014-04-20） [2020-04-09]. https：//www.zhev.com.cn /news/show-1397963582. html.

[4] 石瑞，赵月.续航里程超500km长安CS75氢燃料电池车亮相[EB/ OL].（ 2019-08-27）[2020-04-10]. http：//www. 12365auto.com/xcdg/ 20190827/404006.shtml.

[5] 刘海利.氢燃料电池汽车加氢站的现状与前景[J].石油庫与加油站， 2019，28（3）：21-24.

[6] 中国储能网新闻中心.2019年全球加氢站新增83座，累计432座[EB/OL].（ 2020-02-24）[2020-04-15].http：// www.escn.com.cn/news /show-812980.html.

[7] Hao H，Mu Z，Liu Z，etc.Abating transport GHG emissions by hydro -gen fuel cell vehicles： Chances for the developing world[J].Fron -tiers in Energy，2018，12（15）：1-15.

[8] 中国氢能联盟.中国氢能源及燃料电池产业白皮书[Z].北京，2019.

[9] 中国汽车工业协会，中国汽车动力电池产业创新联盟燃料电池分会.氢燃料电池汽车安全指南（2019版）[Z].北京：工业和信息化部，2019.