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【燃料电池产业论坛】燃料电池汽车产业化之路还有多远?

盖世直播 2019-11-21 16:21:44
核心提示:2019全球燃料电池汽车产业论坛现场嘉宾演讲实录,敬请关注!

电池,燃料电池汽车产业化

主持人:

江苏国富氢能技术装备有限公司研发总监, 魏蔚

讨论嘉宾:

上海捷氢科技有限公司系统开发部总监,蔡俊

广东国鸿氢能科技有限公司副总经理,燕希强

豪泽涂层技术有限公司新业务销售经理, Joris UMMELS

弗尔赛能源科技股份有限公司副总经理,徐加忠

魏蔚:很高兴作为主持人来圆桌讨论,跟各位嘉宾一起探讨燃料电池汽车产业化之路到底还有多远?这是我们今天的议题。

补贴一直是我们特别关注又特别头疼的事情,不补产业活不下去,补到底要补多久,电动汽车已经退坡,燃料电池什么时候能够产业化?这不仅仅在中国,在全球也是一个非常让人关注的热点话题,今天我们就跟在座几位嘉宾一起探讨一下中国的燃料电池汽车产业化之路到底有多远?

先请各位嘉宾做一个自我介绍,按顺序来。

蔡俊:现在我在捷氢科技有限公司,负责整个系统开发部的研发工作,研发工作主要分系统核心零部件的开发,整个系统集成的设计还有软件工具算法的开发,捷氢是从上汽独立出来的一个公司,所以我们在整车研发方面也是比较有经验的。我们是2018年6月份正式成立,到今年大概1年多一点,基本情况是这样。

燕希强:各位专家大家好,我是广东国鸿氢能的燕希强,我们国鸿氢能主要做燃料电池电堆和系统集成,目前我们在广东云浮这个地方建氢能产业线,目前的产业化水平在国内来说数一数二,我们基本上建成了燃料电池电堆系统集成生产线,目前电堆系统集成在中国市场上占有率超过70%,系统占40%,在这个方面的产业化应该走在国内前列。

Joris UMMELS:各位好,豪泽公司主要在荷兰,作为汽车行业的供应商已经有25年的历史,我们可以帮助大家在这个领域进行工业化,特别是通过我们的供应商体系让燃料电池汽车能够走得更远。

徐加忠:弗尔赛是国内比较早开始自主开发燃料电池堆的,我们公司2009年成立,2010世博会的时候,有100辆燃料电池观光车就是使用弗尔赛的电堆,我们以自主开发电堆为核心,兼顾发动机动力总成的开发。

魏蔚:我来自江苏国富氢能技术装备有限公司,我们公司的产品和公司的企业定位,就是面向燃料电池汽车的关键零部件车载氢系统,以及配套加氢基础设施和液氢储运,为燃料电池汽车而生的装备制造业企业,目前我们依托长三角装备制造业基地的基础,来尽到自己企业的能力和社会责任。

下面我们进入第二个环节,我想问一下蔡总,上海捷氢在大功率电堆上已经取得很好的成果,对于燃料电池重卡,未来需要数百千瓦的电堆,您是如何考虑电堆的热管理设计的?这会不会成为发展燃料电池重卡的瓶颈?

蔡俊:这个问题问的蛮专业的,其实现在燃料电池系统和燃料电池整车开发里面相对比较难的一块就是热管理系统,丰田mirai这款车是为燃料电池专门开发的车,所以它除了前面的散热器以外,它还左右各有两个小的散热器,整个造型看上去比较酷,但其实是为了散热,所以散热能力比较强。

我们的荣威950,FCV80,都是在传统车平台上,把燃料电池系统和储氢系统放进去,因为燃料电池现在的量不足以到专门为燃料电池系统开发一款整车的程度,这三款车并没有为它的散热系统做特殊设计,其中FCV80也是因为散热能力的限制,我们在这款车的顶端加了散热器,所以FCV80这款车和同一个平台的汽油V80的车唯一的区别就是燃料电池部分在顶上有一个散热器,这是前一代我们对散热的追求。

现在这一代P390我们是在拼命提高燃料电池的温度,因为操作温度越高对散热越有利,而且操作温度越高、系统效率越高,问题就是我们的系统是一个自增湿的系统,对湿度要求管理很高,温度越高意味着湿度越低,温度越高对于整个系统的增湿效果越差。

我们在最终系统设计参数,还有燃料电池控制算法方面也是做了很多优化。尽量在不影响增湿效果的情况下提高系统的操作温度,另外一个就是刚才提到的重卡设计。重卡车型有多个散热器,因为重卡空间比较大,不仅前面可以布,左右都可以,我们确实考虑加了散热器,下一代产品本身对散热更加友好,因为布置在更大的商用车,而商用车又有更大布置空间,所以本身散热器也会变大更多,我们是从这两方面解决散热问题的。

魏蔚:燕总,广东国鸿应该是中国燃料电池电堆产业化走在最前沿的企业了。我们都知道日本丰田现在的燃料电池电堆成本已经做到了每千瓦800块人民币左右,您觉得中国燃料电池电堆成本要想达到日本现在的水平,还需要多久?或者需要扩大到一个怎样的生产规模和产能的时候,我们才能做到这个成本?

燕希强:现在限制氢能发展最重要的因素就是成本,现在车成本太高,导致用户不愿意买。成本跟量有很大关系,全中国每年汽车销量或者产销量只有一千多台,不可能降的很低,研发成本、制造成本都在里头,所以成本不可能下来。

要规模化生产,成本就会大幅下降,光从规模化角度可以提个数字,2016年之前国内电堆基本在8000到一万块钱每千瓦。到了2018年,成本或者售价只有5000块钱左右,从几十台到百台数量级,到千台数量级,成本就下降了一半。如果销量到了万台级别,电堆成本可以降到三千块钱以下。如果到了十万台或者百万台,成本可以降到1千到2千块钱水平。还有一个性能提升,现在商业用的是1.5KW每升这个级别,3.0KW每升级别成本又下降一半,未来按照日本标准9千瓦每升,光从性能提升上,成本就可以下降6倍,就是现在。再从规模化角度,会降低更多,如果国内销量达到100万台级别,我们电堆水平可以降到一千块钱水平。

魏蔚:Joris UMMELS先生,您是个资深的销售经理,我有个问题问您,您觉得当下中国的燃料电池电堆相比欧洲市场有竞争力吗?未来会怎样?

Joris UMMELS:这是个很有意思的问题。当下中国燃料电池的成本在全球来说都是非常高的,但是中国的市场很大,尤其是未来,我认为中国的产品会有很好的表现。

魏蔚:谢谢,我关注成本的问题,现在中国成本跟欧洲成本相比估计没有什么竞争力,未来还是无限可期的,我们也期待中国的燃料电池,电堆产业和企业能在这个行业领域里头有越来越好的表现。

最后问下徐总,弗尔赛作为一个民营企业,2009年成立,2016年底潍柴动力成为了你们的第二大股东,今年9月另外一家民营企业上海重塑,也被中石化资本战略投资。我的问题是这样的:燃料电池产业化进程中,民营企业的出路何在?还会出现像宁德时代这样的巨无霸企业吗?是不是只有靠跟国企合作,民营企业才能够活下来?

徐加忠:这个问题问得很好,这是行业里面大家比较关心的一个问题。我先讲一讲我们自己的感受和体会,弗尔赛2009年成立,2010年世博会推出了100辆燃料电池车电堆,后面几年燃料电池基本上处在一个相对比较低谷的时期。

我们从电堆做起,通讯市场商业化前景比较好的时候,我们做通信电源,市场上80%在运营的都由我们提供。当时跟三大运营商合作也是非常好,后来由于运营商的改变,大家对成本考虑又很慎重,这方面市场推广也不像大家想的那么好,刚好这几年车用市场使我们这些民营企业又有了一些很好的发展。

其实我们跟潍柴合作,我们看中的并不是国有资本进入,我们看中的是潍柴的大平台,潍柴有重卡平台、物流车平台。想要推动燃料电池市场发展,我觉得作为一个零部件供应商或者一个发动机供应商去推这个市场太累,我们跟潍柴做了一个合作,让我们这个产品进入他们的平台,在里面好好锻炼,有一个喘气的机会,让我们把成本、质量、耐久性各个方面的问题都解决得差不多,这个对推向市场来说是一个很好的契机。

有一个大的整车厂,有一个国有资本在后面支撑,是一条很好的出路但不是唯一的出路。现在很多创新都来自于创新型企业,因为创新型企业会带来很多灵活思维和新的运营模式,如果有国有资本进入,对这类企业来说会有一个更加长期稳定的投入,两条路都是有希望的。

魏蔚:感谢徐总的回答,我们看到了一个民营企业在发展过程当中,对未来充满的信心以及所做的宏远规划,台上在座的四位都是做有关燃料电池或者是燃料电池相关技术的。就只有我一个是做氢储运和基础设施,相信你们也会有问题想要问我,请问你们几位对我有什么问题没有?

徐加忠:我问一个比较实际一点的,我是做技术出身的,咱们国立70MPa瓶,什么时候这个价格可以允许我们做大批量装车?您对这方面有一个大概时间上的估算吗?

魏蔚:在中国,70MPa应该是所有车企都非常关注的事情,不管是乘用车,还是重卡都希望通过70MPa氢瓶来提高它的储氢量,70MPa氢瓶有三型和四型瓶,今天佛吉亚的嘉宾也说过了,四型瓶可以降低对碳纤维依赖和降低成本。

但是中国四型瓶之前出过事情,加上特种设备管理的原因,四型瓶当下还在技术评审过程当中,而且四型瓶塑料内胆材料,中国目前还是依赖进口,所以成本偏高。

70MPa三型瓶成本高在碳纤维上,所以说碳纤维材料和塑料内胆材料国产化没有解决之前,70MPa氢瓶的成本是当下35MPa氢瓶成本的三倍以上,而它的储氢密度只提高60%多一点,这个价格是当下车企无法接受的,做样车可以,但是没有办法量产,它的产业化取决于原材料的国产化和成本的降低,当然还有随之而来的加氢基础设施和液氢产业链。

燕希强:你认为未来方向是三型瓶还是四型瓶?

魏蔚:两个方向都要走,没有任何一个技术适合所有的燃料电池汽车,也无法覆盖所有的应用场景,四型瓶是乘用车的刚需,而三型瓶在商用车领域会有更好的表现。

蔡俊:从整车方面对储氢的理解,你认为未来车载储氢有没有可能普遍是液态的形式,甚至是固态的形式?

魏蔚:这不是有没有可能的问题,这是正在做的事情,因为2018年国家课题5.5就是车载液体储氢,这个液体可以是低温的液体纯氢,也可能是化合态氢化合物,液体储氢上车这个事情是大势所趋,会提供高密度的车载储氢。

提问:去年日本丰田搞了一个联盟,就是在做固体燃料电池发动机的车,这应该是在氢原子层面上,明年或者后年他们把这个车做出来之后,对现有的质子膜的挑战你们几位怎么看?

燕希强:目前国内也有在发展固体氧化物,但是固体氧化物燃料电池目前不太适合于车用,但是可以做发电站。

一般固体氧化物对气体的要求比较弱,主要是因为它不能频繁启动,它的温度很高,起来以后不能马上降下来,如果来回频繁启动,它的寿命是很短的,不适合车用,只适合固定式发电,分布式发电这些方面。

蔡俊:我补充一下,您刚才说固态氧化物电池燃料电池其实并没有这个名称,要么是固体氧化物燃料电池,要么是锂电池里面的固体电池。我觉得我们做研发的主要就是立足于当下这个技术,现在质子膜燃料电池本身就处在早期研发阶段,我觉得我们首先要把它做好。电池市场是不断迭代的过程,现在把质子交换膜电池做好,以后就算有一个更强大的电池来,质子交换膜电池也会有它的用武之地。

徐加忠:我们国内这边也有团队在做固态氧化物燃料电池,并且也把燃料电池进行发动机的试装。实际上固态氧化物燃料电池不是一个新的东西,它跟质子交换膜电池是不同的技术路线,所带来的应用场景也是不同的。

固态氧化物燃料电池有它的优势,不挑剔燃料,很多种燃料都可以用,它的寿命很长,但是它的缺点很明显,第一个反应温度比较高,所以启动时间必然很长,第二个它的启动次数是有限制的。

我们认为它有它的应用领域,比如说功率需求比较大,又不常停机这样一些应用场景,如船舶、长途运输火车这类型的应用,我觉得不同的技术有不同的应用场景。

魏蔚:迄今为止,丰田制造下线了11000辆的mirai,虽然它的技术比较领先,但是对于汽车制造业来讲,不要说十年做一万辆,即使一年做一万辆,这个规模和产能都还远远不够。您不需要担心我们在技术上花样繁多,因为大量的技术最终能不能产业化,什么时间能够产业化,还另说。

您也别担心中国在技术百家争鸣方面跟国外有所差异,我们中国也有自己多种多样的技术,我们只需要关注的是燃料电池这个产业哪一个技术更适合中国国情,适合日本的不见得适合中国。产业能够起来,才是我们国家发展的重要出路。

提问:各位专家你们好,现在最主要的困难就是氢的使用成本比较高,每百公里大概五六十元,这个主要是制氢还有运氢的成本,今天我们的专家都介绍了水解制氢,没有提到生物制氢的方法,我想问一下生物制氢方法是不是有优势?目前没有应用这种方法?有什么缺点导致它没有应用?

魏蔚:我知道国内外有很多学者在研究生物制氢,而且他们目前所能够达到的就是实验室的级别。我们目前的燃料电池汽车百公里耗氢,轿车在一公斤,商用车在3-5公斤,将来的重卡10公斤以上;需要的氢气的量,当下一年一万吨,未来每年要到几百万吨的量。生物制氢能产生多大的规模,您可以看一下相关的文献,能不能产业化要靠数据说话。

提问:目前对于氢燃料电池周边介质流通管道,针对橡胶管和硅胶管的要求,在行业内有没有具体的标准?

蔡俊:气体的传动肯定依赖于管路,我们对于橡胶管或者硅胶管的一些要求,跟系统其实是一样的,第一个要有足够的强度,因为我们发现有时候我们装配过程中,不小心把硅胶管划破了。第二个就是耐久性,因为氢燃料电池里面的介质理论上是纯氢,但是里面有水以后就是氢气加水蒸气,是比较复杂的混合气体,这个气体可能对这个管有一些比较慢性的破坏,对耐久性要求就很高。规范方面相对比较少,更多是一些行业标准的实践。

提问:关于燃料电池空压机,各位领导讲到以后功率密度越来越高,以后对离心式空压机的增压比是一级还是两级,这种大概是什么趋势?

蔡俊:空压机是一级还是两级,取决于整个电堆里面的特性,电堆的路线可以走中压路线也可以走高压路线,如果是高压路线,压缩比至少要2.5以上,甚至3以上。到压比3以上的工作点,主要是应付高原环境,例如4000米海拔的话也就60千帕左右的压强,这时候就算压缩比是3,你的压强只能到180千帕,这个要看电堆的特性。

压比从现在的趋势来说,不会无限往上走,到一定压比甚至我觉得3.5已经非常高,不可能以后继续再高。从我们的实践来说,3左右已经算一个比较高的压比,在这个压比下,双级空压机做的更容易一点,相对噪音会比单级做到3.0小一点,这是因系统而异,未来可能多数会是离心式。

提问:刚才提到空压机需要控制器,包括氢循环泵可能也需要控制器、DCDC这些东西,从电子架构的角度看,以后这些东西会不会整合成一个统一的电子板块,还是沿用目前主流的分散式控制?

徐加忠:你提到的这个问题,我们跟空压机厂家也聊过,我觉得短期之内让它合并的可能性不大,因为这几个零部件通常来说都不是由一个供应商来提供的,所以说很难把这些东西集中在一起。

现在空压机如果走单级或者双级形式,那么它的电机基本上都是将近10万转,它对控制器要求很高。还有水泵和其他控制器都是处在不同技术等级的。

我认为就目前而言还是各自为各自的,但是在这里面有一个趋势,比如说现在的碳化硅,包括未来的氮化镓,这些新功率器件的引入,要把它的体积做到尽可能的小,还有就是EMC要控制特别好。因为整车布置里面我们更希望每一个部件尽可能小,而不是把一个部件做的很大,这样反而有时候对集成布置来讲不是很有利。

提问:弗尔赛和巴拉德同样是潍柴有合资的企业,也会在中国生产电堆,在这样的情况下你们的产品和他们的产品有什么差异性?在性能和成本上会不会有不同的地方?

徐加忠:实际上我们集团内部也经常有人讨论这个问题,它更类似于我们的合资品牌,在中国成立合资公司,快速做市场化推广,弗尔赛是立足于自主开发,自主创新的企业,我们一直致力于燃料电池技术自主创新,我们在电堆包括发动机这方面走的是另外一条自主创新的道路。

集团内部我们也会做不同的分工,有不同的应用市场和细分市场。用我们集团老总的一句话就是,集团内也要形成竞争,看技术、产品、价格进行竞争。

提问:按照您的预测,有没有可能在2030年之前,乘用车TCO(全生命周期成本)选择燃料电池也可能达到这个平衡还是说更晚一些?

蔡俊:2025确实比较难。中国锂电池行业最近几年做的特别好的事情就是规模化和降本化,所以动力电池功力密度不断提升,成本不断下降,2025年基于我们的假设算下来比较难。我们觉得基于2025的量,到2030左右燃料电池这个量,我个人认为是很有可能跟乘用车比,但这里有前提条件,燃料电池系统集成度到底做的怎么样,因为乘用车尤其是中小型乘用车,对于集成度的要求还是非常高。我们现在在乘用车的尝试包括最新300系统是在中大型MPV,也是乘用车,但是空间相对大一点的。

第一个取决于集成度,第二个就是要看那个时候锂电的成本和燃料电池成本,其实锂电成本我们相信那时候肯定很低了,主要就看燃料电池成本下降到什么规模。另外,我觉得特别小的纯电动车,它本身的驾驶特性就是在100公里内日常通勤,这块纯电还是会有优势的,也没有必要把所有的纯电市场都占领。

魏蔚:我们今天跟嘉宾互动环节就到这里,谢谢大家。


(本文来自2019全球燃料电池汽车产业论坛,根据现场速录整理而成,如有错漏,敬请告知。)

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