2024百人会|清华李建秋：燃料电池商用车的关键技术突破

　　2024年3月15日，中国电动汽车百人会论坛(2024)在京开幕。围绕“巩固和扩大新能源汽车发展优势”这一核心议题，中国电动汽车百人会论坛(2024)将举办1场高层论坛、1场国际论坛、2场闭门会议、10场主题论坛，全面强化高端前瞻、全球视野、跨界融合的论坛特色。

　　在3月17日下午举行的商用车可持续发展论坛上，清华大学车辆与运载学院院长李建秋发表了“燃料电池商用车的关键技术突破”的主题演讲。

　　清华大学车辆与运载学院院长李建秋

　　以下为演讲实录：

　　尊敬的金主任、刘处长，尊敬的各位老总、各位专家、各位同仁大家下午好!我今天汇报的题目是“燃料电池商用车的关键技术突破”，我将从下面三个方面来汇报。因为目前商用车的电动化渗透率和乘用车相比还是比较低的，商用车里面，轻型和中型的比例又比较高，重型尤其长途重型还是我们现在攻关的目标，主要是针对重型做研发。

　　我们都知道，纯电动在商用车里面，比如说像公交轻型的渗透率已经比较高了，里程越长、吨位越重的，目前电动化的程度就越低。所以我们也是以这个作为契机，看看能不能用燃料电池的动力系统来覆盖这一范围。

　　目前我们也统计燃料电池汽车在客车、货车领域，它的重量和续驶里程的关系基本在300-500公里的范围是比较多的，超过500公里还是相对不能少。除了福田现在用70兆帕的之外，整个车的成本也还是比较高的，不论35兆帕还是70兆帕，储氢成本仍然是燃料电池商用车一个主要的瓶颈。

　　过去这些年，我们在燃料电池商用车方面还是取得了一些重要的进展。比如2018年投放的车现在还在运行，已经差不多二十八九万公里了，证明针对公交这样的一天12-17个小时运行的燃料电池的情况还是比较好的。可以看到，2018年时候发动机只有30千瓦。我们实际的发动机在真实的道路上已经有一批超过一万小时耐久性的寿命，其中最长已经到了18000小时，这个是在淄博2020年投放的，现在大概有15万公里了。当时2018年牵头承担了科技部的重点研发计划，当时就是针对动力系统的整车和集成技术，其中一个重要的考核指标就是希望耐久性突破一万小时，从我们目前来看经过那个专项，现在实际的车已经能做到一万多小时。当然我们现在的技术应该说比2020年又进步了很多，但是现在的技术投放到市场累积的寿命要再过几年才能体现出来，所以我们的判断到2027年前后燃料电池发动机的寿命慢慢可以做到和整车同寿命，大概25000-30000以上的耐久性。

　　这是当时专家组对我们的专项评估，在哪个点、大概什么寿命，我们当时做的是预测，因为项目执行期我们只跑了15000小时，预测一万多小时这个数据没有说明性。但是我今天拿出来是说，当时重点计划验收时候我们耐久性还没有真正达到，现在通过那些车实际道路上可以很自信地说，这个是我们真的达到的耐久性指标。

　　另外我们2022年冬奥会完了之后，北京市大概有212辆公交，冬奥之后政府非常担心，燃料电池公交车冬奥完了干什么用。后来论证了两条线，一个从是德胜门到延庆的919，9字头的公交，另外就是房山的公交，现在140台和72台，大概累计已经超过1000多万，平均每台车超过10万公里，而且可靠、耐久各方面都是比较好的。所以我们也建议北京市9字头郊区的车大概六千辆，能够实际满足郊区车可靠运行的要求。因为从2022年7月份延庆投运，房山大概9、10月份才投运，到现在不到两年时间，跑十万公里，这个强度大家算一下，每天大概两三百公里。而且它的氢耗量来讲一个是5.3几，大概11米的车，4.53这个短一点，基本上也是和柴油车的每百公里相当，4.5-5的耗氢量已经是比较低的水平。这些都代表燃料电池商用车在一些领域慢慢开始实用化。

　　当然下一步，比如现在有专门的快递的专用的底盘，一些专用车，包括冷藏的。同时在北京市我们牵头和福田一起做液氢重卡，这是我们2018年第一阶段做的液氢动力重卡布置，当时做了两辆车，一个是8×435吨级的载货车，一个是6×4的牵引车，这些用了一些创新的技术，比如轮毂电机的电动桥、液氢的储供系统加上大功率燃料电池发动机，也是通过测试证明它有可行性的。液氢大家知道还上不了路，没有个法规。在航天101搞火箭发动机液氢测试的，他那儿有液氢，我们在他那儿加了液氢之后做测试，这个也算国内第一个。从101所加满液氢把这个车拖到通县的试验场进行各种测试，验证它可以满足要求，并且续驶里程做到一千公里，可以解决我们国家的长途物流(要求)。我们也获得了2022年海南博鳌世界新能源技术大会前沿技术的称号。

　　目前各家企业气氢和液氢的配置就是重卡，短一点的用气氢，瓶子大一些。将来等液氢的法规出来之后，液氢慢慢就成熟了。我认为这个就像我们原来CNG商用车发展到LNG商用车是差不多一样的。和气氢相比液氢的储供系统就是不锈钢做材料，温度比LNG更低一点，但是它的整个材料的成本和LNG的瓶是差不多的，它的瓶口阀的系统加工的精度比LNG高一点，因为氢的分子量小，所以精度要更好一点。所以整个成本大将批量状态下我们测算过，只比LNG的瓶大概贵25%左右。我们在座很多商用车的老总，你们很清楚LNG商用车1300升的瓶大概2-3万块钱一套系统。我们两个40公斤的液氢罐子成本加起来5-10万块钱，取决于量的多少。这个储氢的成本，两个40公斤加起来80公斤的液氢基本上能跑一千公里。如果用高压的气氢大概四五十万左右的储氢成本，所以这个成本是推动我们做液氢非常重要的因素。

　　同时我们也非常高兴地看到今天一汽裴总也来了，一汽也在开始关注液氢重卡，也发布了自己的液氢重卡的参数，这个代表我们行业里面越来越多的商用车企业关注这条技术路线。还有比如说“新长征1号”，刚开始一家企业尝试，后来更多企业进来，慢慢这个路就走通了。还有国家能源集团他们自己不做车，但是做了液氢加注系统，也不在国内试，在美国给尼古拉公司测试，他在那边做了大概400次的商业化示范加注，证明这条路线，从液氢的加注是可行的。

　　在国外戴姆勒奔驰，今天也有奔驰的代表来了，也是在关注这块的技术路线，也做了几辆样车，也在做相关的测试。所以我们可以看到，这条路线跟我们现在短途的换电相比是可以相互配合的，比如说500公里以内的可以通过换电实现，电动化;500公里以上的用液氢实现，这样重型商用车的电动化、低碳化的路线就比较清晰了。

　　当然还有一些，比如现代汽车、尼古拉，我们了解丰田也开始关注这个路线，也在做相关的工作。

　　第一届商用车论坛我就显示过这个图(PPT)，商用车从燃料电池系统来讲要能够实现的话大概有几个挑战。应该说寿命现在已经接近了，实际的车已经到18000了;大功率现在300千瓦基本也没问题了;低温启动，亿华通零下40度也没问题;大修还有待检验，但是最近各家可靠性都提高了;成本也不是问题，等到上量之后成本是可以实现的。这样的话，商用车未来产业化的几个瓶颈都可以突破了。

　　下面我就具体说，比如说在高效发动机方面大概在0.78V@1A/平方厘米这个水平，后面再经过几年发展，到2030年应该是可以做到0.8V@1A/平方厘米。这样子的话，你的发电功率在150千瓦常用的点可以将近55%左右的工作效率。另外一个是电堆的高温化，最近我们看到亿华通发布了100度的高温电堆，和柴油的散热系统基本兼容和接近，这也是一个非常重要的进步。它的稳定性可以看到也是很不错的。同时我们已经有发动机企业针对液氢储供系统的低压供气，对发动机的氢系统进行了相应的改进，这些已经实现了。同时在整车领域围绕四大总程，低成本液氢、长寿命的燃料电池、高效的电驱桥加上功率型的锂电池已经有了成套的。同时在整车里面和福田一起针对车载液氢用智能化的技术解决它的蒸发率和泄漏的问题，蒸发率高了之后我可以把发动机启动一下，把液氢发动之后充到电池里面去，即使电池充满了，也把它变成电阻或者变成电机了功耗，不让它有氢气的排放，保证将来液氢重卡的安全性，所以智能化技术将来在液氢上也可以得到体现。

　　这是我们第二轮正在做的几个关键零部件，一个是高效的电驱桥，一个是试验液氢的发动机，还有液氢的车载瓶系统。目前我们的瓶系统第二轮刚刚在101做了蒸发率的测试，已经做到每天蒸发率4%左右。枪击、火烧、振动的测试，马上就开始做。这些是我们根据车上的工况做了相应的加速度的振动测试，包括车载的瓶，因为纵向，放在车架的侧面适应路况都做了相应的结构测试，这些我们都在推进。同时由特检院包括航天101所，搭建了相关专门做标准的一些测试的平台，这些我们都在做，包括标准。这是福田第二代车的动力系统，它整个就和LNG是兼容的。

　　下面我就简单的再介绍一下，在行业里面我们希望有更多的整车企业进来推动标准，液氢重卡、液氢瓶、液氢加注、液氢储供整个产业链标准的制定，我们后面也会推动。

　　总之，我们希望从行业来讲，原来由CNG发展到LNG，将来从高压气瓶发展到液氢的系统来实现整个的能源转型，这个是非常重要的。

　　最后我想说，我们现在的目标就是到明年年底左右希望能够突破标准，实现示范。2027-2030年有几十条路线，千台级车辆的示范。到2030年燃料电池、储氢系统、氢能源、液氢工厂已经具备的话就具备大规模推广的基础。

　　我大概就汇报这些，谢谢大家!