佛山大学特聘研究员、广东省汽车智能网联发展促进会氢能汽车专委会主任委员周飞鲲作主题演讲

　　8月25日，由中国电池工业协会、电池中国网联合主办的“2023氢能与燃料电池技术及应用国际峰会”在中国上海隆重举行。

　　佛山大学特聘研究员、广东省汽车智能网联发展促进会氢能汽车专委会主任委员周飞鲲作题为《氢能重卡商业化对整车性能与控制技术的需求与发展趋势》的主题演讲。

　　以下是发言内容实录，未经嘉宾审阅：

　　周飞鲲(佛山大学特聘研究员、广东省汽车智能网联发展促进会氢能汽车专委会主任委员)：尊敬的各位领导、各位来宾上午好。我是来自广东的，正如主持人戴教授介绍所说，上海是氢能发展非常健康又非常迅速的，是我们国家的一个典型区域。

　　佛山以及广东也有它的一个特点，就是再次来到上海，跟在座的各位来分享，主办方希望我们我一直是在整车厂工作，我站在整车的角度对未来氢能尤其是商用车、重卡商业化对整车方面的一些技术，以及它的一些机遇挑战，给大家做一个分享。

　　氢能实际上是又新又不算新的这么一个东西，实际上在十多年前中国已经通过在上海包括世博会同济大学依托我们在上海尤其嘉定这个地方大家已经成为标志性的一个地域，这样的话氢能的发展跟这几个地方确实是密不可分。

　　我从几个方面，第一，从产业技术背景更多从车的角度。

　　第二，从车一些现状趋势，还有对未来的一些技术的研判和分析。

　　氢能它的好处确实能量密度高，热值高，来源广泛，在各个方面有更多广泛的应用，包括交通以及储能，工业的降碳等等。

　　氢能的发展实际上离不开能源结构变革的需求，能源的话，我们国家的特点是一个多煤少汽缺油的特点，所以从能源结构、能源安全它是一个根因，有这方面的诉求。

　　所以各个不同的机构，其实对氢能未来在能源总需求的占比实际上有一个预测，2050年我们现在实际上距离现在看似还有20多年，但实际上按照机构的预测从十几到二十这样一个比例的目标来讲，其实接下来每年的增量可能都是非常可观的。

　　氢能在未来一段时间之内，会成为我们越来越经常遇到的话题，发展氢能实际上还有一个就是说它对降碳，咱们和电动汽车，中国已经站在全世界领跑的位置上，但是氢能的话接下来对碳的解决可能有更好的适应性。

　　各个国家对氢能实际上都提出包括像氢经济、氢能社会等等这样的发展目标，尤其像日、美、欧韩国等等发达国家，他们在氢能方面的布局和持续的发力，实际上一直是有二三十年累积的研发投入。

　　目标的话，要建成美国提出的氢的经济、社会，中国也是2030年形成一百万规模的目标，这是在基础路线图都提出了这样一个目标。

　　我们都知道氢能实际上是一个链条，它的链条实际上比较长，上游其实现在我们是从风光以及水等可再生能源，来产生绿氢。当然氢的来源还不局限在此，它还有灰氢、蓝氢，就是我们的一些工业复产氢、脱碳的零氢等等，有了电我们就可以电解水来制氢，氢有了的话我们通过核心装置，叫燃料电池的发电系统或者叫发动机，它可以给到各种工业发电交通来做应用。

　　最终的话，它是生成水没有其他的排放，不经过燃烧，既解除了我们说的热机卡顿循环效率的限制，同时也避免高温燃烧所产生的氮氧化物等污染物的排放，所以从这样的体系来讲它是一个比较理想的链条。

　　我是一直搞车的，我们就站在车的角度跟大家分享，自己的一些看法和认识，之前我们说中国发展新能源汽车，什么样叫新能源汽车，纯电、插电还有燃料电池这三种，这种新能源汽车当时发展的诉求，一方面是新能源从积分角度，国家希望企业来去发展新能源汽车;另一方面实际上也是从碳的角度，从实用过程中的降碳，但实际上，如果说降碳，我们乘用车应该有30以上的渗透率，纯电动这样的一个渗透率，但实际上说降碳重卡尤其是柴油的重卡，它的碳排量的当量应该是说百倍余乘用车，虽然说商用车的体量是乘用车的20%左右1/5，但实际上它的碳排放的压力其实是真正的应该是说我们解决碳问题在交通运输领域的焦点。

　　中国和美国加起来的商用车的体量应该占了全球50%以上，所以说在交通运输领域里面，中国实际上是比较有市场的优势，这个相比较日本、欧洲，实际上我们有一个独特在市场方面的优势，所以说日本其实氢能发展得很快，技术是标杆，但实际上它在市场的推广应用方面确实受到很多的制约和限制。

　　包括日本一直是以乘用车为主要的发展目标，因为什么?乘用车的体量足以能够带动氢能产业的发展，但是在中国我们国家提出的先从商用车上去市场化，是一个符合我们国家现在现状的战略方向。

　　解决的这种商用车，尤其是重卡的零碳化或者是氢能源化电气化的途径，其实有电动也有氢能这样的路径，现在有很多企业也在做换电重卡，包括一些快充的重卡，但是我们从各个方面来比较，第一性原理上从趋势和它的根本原则上，一方面从动力源的角度，氢能和电的区别。

　　第二，从续航历程，从可持续的发展氢的资源和我们说的锂资源的对比，实际上包括我们说从源头，我们说氢可以是有绿电制绿氢，电目前综合的比例还是60/70都是煤电自发，接下来向欧洲的新电池法案已经对电池提出了很多限制性的措施，未来实际上我们都可以遇见，碳的交易进一步的提出来规范化的情况下，我们说你用的能云端电的属性、碳的属性将会被记录到整个的碳的足迹的统计之中。

　　所以氢在这方面就会越发的凸显出它在长途、重载尤其低温使用的这样一个环境下的优势。

　　欧盟其实一直是在减碳的领域里面起到很大的推手作用，欧盟也是在今年年初就提出2035年和2030年分别的二氧化碳减碳目标达到65%，甚至2035年达到100%二氧化碳的减碳目标，这个的话其实也是对我们在重载车辆接下来的低碳化的路径上提出一个非常明确的时间表。

　　实际上我们在2022年最近的一次的国际活动上，我们在北京冬奥会、残奥会上，其实丰田赞助的东京奥运会和咱北京的残奥会和冬奥会用车方面，用了有超过一千台的燃料电池汽车，也达到比较好的运行效果和减碳的效果，我们国内也有很多的车企也参与了这样一个示范运行的活动。

　　我们国家现在其实大家都知道，我们处在一个氢能示范城市群当中，有五个地区北上广，还有河南、河北，一共这五个地区在四年之内，目前的规划推广数量是3200台车，同时除了这五个地区之外，我们还有像成、渝、山东，还有很多的地方，湖北等等，也在积极地发展氢能的这样一个产业之中，这是具体每个城市群参与的牵头和参与的城市，这些城市都成了我们讲“星星之火，可以燎原”的这么一个点。

　　未来在2025年之后，可以预见政策的扶持期，可能过去我们可以判断氢能的这样一个产业化、商业化会迎来它自己自我可再生、可闭环的发展，而不是说在依靠政府政策的持续的注血注入。从政策规划里面我们国家预计到五万到十万台的保有量，2030年在五年时间可能发展到100万辆，到了2060年可能规模会有进一步的发展。

　　所以说2035是成为商业化起步的这么一个节点。我重点谈一下个人对整车方面的一些技术趋势的看法，其实之前我们说燃料电池的技术原理大家都很清楚它是基于电堆，电堆里面有膜电极，作为核心的发电来源，电堆实际上就是一个装置，像一片一片的叠加，在经过供氢、供氧还有水热管理的系统，最终输出电。

　　实际上这是大家都认为的核心的燃料电池的机理，但实际上我们其实不能忽略的就是把它在车的角度，要放到我们车用的动力系统以及车的平台里头，甚至要跟它使用的场景相结合。

　　燃料电池不是个孤立的东西，你不同使用的环境，比如说日本丰田在做乘用车的角度，他现在提出的燃料电池的发动机它的性能、机理、寿命、成本所有这些需求都来自于乘用车的要求，但实际上我们把乘用车这样的要求如果放在商用车甚至工程、机械、船舶去使用的话，它的要求就完全发生了变化。

　　我们比如说乘用车的效率更多要求在峰值效率，而我们真正商用车的商用峰值效率对商用车的使用几乎没有什么意义，它一定追求运行过程中的效率，所以整车的一些不能忽略的就是动力系统能够对燃料，实际上一方面是定义，另一方面实际上也是一种保护，这样可以更好地运行。

　　从整车的几个角度分享一下，一个其实是高功率、高动力性的要求，我们国家在功率角度上一直在发展、严格变化之中，从功率角度来讲或者从我们做车的需求角度来讲，车的需求其实一直是不变的，它对动力性的需求实际上一直是没有变化，变的只是我们燃料电池技术的提升，这个东西就是说基于我们对目标、对过程的发展的矛盾或者平衡。

　　我们不要说各个功率段我们都要去开发，我们是不是提出模块化、组合式功率的配置，另外加上这样满足整车功率需求，这样从49吨重卡，它的额定功率加上它的峰值功率这样就能实现比较好的一个组合。

　　除了这个以外，工程机械以及船舶，包括其实像我们说的一些氢储能的发电，都可以在这个基础上进行叠加。日本丰田在重卡上还有韩国现代以及它在储能发电上实际上它都是基于这样一个思路原则。

　　另外我们现在说的功率级别我们国家现在补贴补到110千瓦，实际上真正讲市场化的情况下，我们举了两个例子，一个像斯卡尼亚的重卡，它的马力能达到500-700匹，实际上它的功率能达到400千瓦。戴姆勒刚才说的两套150千瓦系统，组成大概在300千瓦的燃料电池动力输出，会降低对功率的配比，实际上它最大的好处我们讲叫不能用小马来拉大车，它对效率、对寿命都是非常不好的应用方案。

　　未来的趋势肯定是要沿着大功率、高功率的方式去演变。

　　第二，效率问题刚才说到这是日本丰田汽车在一代的燃料电池的测试效率图，电堆的峰值效率是66%，系统峰值效率是63.7%，其实现在我们国内也有很多的企业基本上峰值效率达到60%以上，61%、62%，这其实是说，在从乘用车角度峰值效率点，大家可以看到，它的功率实际上在十几千瓦，并不是说我们讲的运行区间，如果讲运行区间按照这样一个比例我们达到110千瓦以上的时候，它的系统效率基本上已经接近40%，从这个角度，实际上我们做燃料电池经济性优势以后很难算得过来账的，所以效率的问题，实际上是不可忽视的一个非常重要的因素。它是生产工具，不是说我们像一个乘用车更多追求的其他东西。

　　怎么提高效率，实际上从单体电压的这样一个变化，它一定要站在我们说工作点的电压要从0.65要提高到0.8，甚至像IODE提出的工作点要达到0.85伏，这对我们整个从材料到电堆到系统其实提出了一系列的要求。

　　效率的话我们还站在整车角度，其实像HEV混合动力一样，我们可以各种不同的动力分配，除了燃料电池效率本身我们还要考虑综合效率的这样的一个加氢耗的效果。

　　另外低温我们说评价寿命大家实际上是基于常规的使用，但是我们都知道现在真正使用都在西北、东北有很好的场景，但是这个地方就面临着低温的启动，以及多次低温启动对整车对燃料电池的电堆造成寿命的损伤，不可逆的损伤，讲究整车的动力系统。

　　还有一个实际案例，如果在低温启动在低温充电情况下是受到很大限制的，在这个情况下，我们说燃料电池在低温启动，其实我们只是看单一的燃料电池启动，其实也是不满足从车用角度的环境，你想要把功率放大低温启动加快，电去哪儿?去不了电池里头。

　　还有从寿命角度我们从比较严苛、比较有挑战的长途重卡需要的每年的功率至少达到20万公里，5年下来可能达到100万甚至150万公里，这样一个挑战，燃料电池我们不能说它只是适合于，但是你得满足它使用的这样一个工况，那这个怎么解决?

　　实际上我们说一定站在部件动力总成以及车辆一定是几级联动而不是单一说我们只对燃料电池、电堆提要求，或者对膜电极提要求，它是根本就不可能实现这样一个模式。

　　丰田乘用车的电堆是5千小时寿命，同样一个电堆放在商用车上要达到3万小时，这里面实际上不是一个简单拿来复制沿用，要从整个体系化要有一个降低它的使用温度，调整它的动态响应速率等等。

　　所以我们提出来说一定要站在联动的设计，而不是一个孤立的，这样的话会有很多技术墙存在。

　　成本大家都知道，美国最早提出来30美元亿千瓦的这样一个成本，其实日本丰田实际上在十万台的规模上，基本上已经接近这个数字，另外我们现在在这个时间还有补贴，当然没有补贴的情况下，2025年以后我们相信它通过自身的成本的下跌，还有新能源积分碳税等等的加持，会比传统车带来更多的竞争力。

　　未来肯定是低碳化的发展趋势，从欧洲大家都提出从柴油卡到天然气，下一步就是纯电动和氢能，纯电比较适合于中短途，氢能比较适合于中长途以及重载，同时的话我们要提出来在传统汽车V字型开发流程要减少这样一个验证的环节，所以说在设计环节要加大投入，要加大相关的技术研究。

　　另外就是从动力系统的整体测试标定抬架，类似于混合动力，也能起到比较好的支撑，这也是我们在做的一些事情。另外就是模型的平台搭建。

　　最后我举一个例子，大家都知道特斯拉是电动现在的标杆，它在纯电的重卡，上面也推出这样的一个卡车，这个我们引用国际证券的分析报告，其实就是说从它的长续航达到800公里续航的情况下，电池重量能达到7.5吨，有效载重就会变成16吨，大幅度降低它的有效载重，还有就是燃料加重需要兆瓦级充电，也需要一小时，对基础设施有了非常强的要求。

　　所以，其实未来的重卡给了我们氢能的从业者一个非常好的机会，也是一个必由之路，也是整个发展的必要趋势。以上，谢谢大家。