李建秋教授：燃料电池汽车在商用车领域替代速度会加快

2019年1月13日上午，在北京举办的中国电动汽车百人会（2019）论坛上，举办了主题为“燃料电池汽车产业化的路径与保障”峰会。清华大学氢能燃料电池团队负责人李建秋教授发表了主旨演讲。发言内容摘要如下。

李建秋：尊敬的衣宝廉院士，尊敬的欧阳老师，今天我就先汇报一下我们在氢能燃料电池方面研究的进展情况，。

我们都知道燃料电池系统我们俗称为发动机，包括了单体、电堆、系统，系统里面包括了氢气系统、空气系统、冷却系统、功率输出控制系统等等。

我们这个团队在欧阳老师的指导下，前面已经做了十多年了，从2015年开始逐步在各种车型上推广应用。目前我们取得了几个主要的进展在这里给大家汇报一下：

第一，我们把流场的设计跟我们的流道里面气体浓度的测量结合起来。因为你要提高电堆的功率密度，就必须要能够知道它的浓度分布是不是合理。所以在这些关键的技术上，我们在国际上首创了沿着通道，就是流道方向的哪个点在什么样的工况下、气体浓度的组分是什么样的。我认为这个是我们真正取得很大突破的地方，就像传统内燃机一样，你有缸内的压力传感气，你能看到燃烧的压力是怎么样升高的，反过来你就可以改你的燃烧室。

第二，我们提出了双循环系统。我们现在知道一般阳极再循环大家用的比较多，我们现在把阴极再循环也用上，双循环，就是阳极和阴极同时再循环，通过阴级再循环，防止电压过电位，对低速的快速启动、湿度的控制都有很好的效果。在这方面，我认为我们也是国际上首创量产的发动机用双循环系统。   

第三，下大力气进行整个发动机的系统集成，各个部分怎么设计、怎么模块化，同时在发动机控制上面我们提出了含水量闭环自适应的控制。我们都知道，如果你的车要能够适应春夏秋冬不同的湿度、不同的温度，而且又有不同的功率变化，水是它生成的产物，含水量的控制是非常关键的。一般如果你不闭环，要么就是磨缸、要么就是水淹，实际上是失稳的，我们在怎么样实现水的闭环方面做了很多工作。像丰田做到整个电堆的含水量闭环，我们现在可以做到，除了整个堆，每片的含水量我们都可以看到，一个堆比如说300片，你这里面每片的含水量是什么样的我们都能知道、都能看得清楚。通过这个技术能够提高对电堆工作状态的诊断。

第四，动力系统方面，我们实现了电电混合动力，通过这个实现它的长寿命。

第五，在整车的氢安全方面，我们已经做了十多年，安全是始终要保证的，所以我们在设计安全保证系统也做了很多的工作。

第六，针对耐久性，我们也做了很多方面的研究工作。耐久性特别像我们的木桶效应，40几项措施里面，如果有一项你处理得不好，这个堆的耐久性可能就不行，所以必须所有的综合措施都得加上来，包括在材料领域、在系统领域、在发动机控制领域，在整个动力系统的领域应该怎么样。再把它通过我们动力系统的循环，还原到我们测试台架上的测试标准。最后通过观察燃料电池的动态工况，测量这样的动态工况下到底能承受多长的寿命。我们现在基本上做到了1万小时的耐久性，后面基于材料方面的改进，比如膜电极的材料要能够超过3万小时，应对将来到2025年膜电极材料要达到4万小时，基本上可以做到跟整车同寿命。

基于整套的，从电堆到发动机、到动力系统，再应用到整车上，目前已经开始产业化，并且有不同的企业已经开始进行相关的测试和验证。这个是福田的车在张家口崇礼测试低温适应性的情况，证明我们整个燃料电池车可以在零下25度的环境下运行，发动机本身在实验室里已经可以做到零下30度启动。但是在实际车辆应用时，还是会用动力电池和燃料电池相互配合的关系帮助它快速启动。

燃料电池汽车如果加了整车的综合热管理系统，冬天可以做到跟夏天一样长的续驶里程。纯电动是做不到这一点的，纯电动一定要消耗存储电池里的热量来加热，不管是PTC的加热还是好的制热空调，都是要消耗电量的，消耗动力电池的电量就意味着你的车冬天的续驶里程会变短。但是燃料电池不会，燃料电池夏天的时候需要消耗电量来给空调供电，而在冬天的时候只需要用废热给乘客舱保温和采暖。所以从理论上讲，冬天的里程应该比夏天还长。我们在张家口正在跟车企测试，看看张家口夏天不用开空调的话，冬天和夏天的里程是一样长的。

高原环境我们也进行了测试。车辆从北京开到张家口，将来可能还会开到比如说唐古拉山等等更高原的，看看我们燃料电池发动机，现在我们国内也是很少做的，燃料电池发动机里面也有空压机，空压机在高海拔的环境下是不是也有环境适应性的问题。

所以我认为，客车和物流车现在基本上已经进入大规模产业化阶段，就是说性能完善，比如功率大一点、电池多一点、热管理做得完善一点。我们慢慢的要再往前走一步，就是利用物流车和商用车，把我们整个燃料电池发动机产业链完善了之后，发动机的成本就会下降。发动机的功率密度上去了、成本下来了之后，下一个我们就会杀个回马枪，就是进入轿车领域。

在北方地区，燃料电池轿车我们认为仍然有它强大的生命力。现在我们跟北汽已经做了两轮，已经可以跑了，这样轿车我们肯定是要干的。同时，我们也在跟青岛四方做有轨电车，用的就是我们客车的电电混合动力系统，现在第一辆车正在示范运行。所以我认为，有轨电车将来也是重要的应用场景。传统的有轨电车需要带个“辫子”，要有供电轨道，要么上面有供电电缆，要么有第三轨。它的供电这套基础设施，包括电网、电站、供电轨一公里要3千多万，我现在把燃料电池在线发电，就是一辆车增加几百万，把燃料电池系统装到车上去，不要这个供电轨了，这两个轨道是不带电的，这个建设成本大大降低。而且有轨电车，只需要在始发站建一个加氢站就行了，所以这个我们认为下面还有发展的空间。

再汇报一下我们正在干的工作，这个是北京市科委给我们的项目，我们现在也在国内寻求合作伙伴，主要是针对重卡的领域。因为燃料电池发动机是可以做到功率偏大的，我有一个经济性的分析，在重卡领域，纯电动相比来讲，没有燃料电池这么有优势。我们前面也做了市场的调研。一般6×4的半挂拖车跑省际物流1千公里的，现在是柴油机改成LNG，就是下面两个气罐的这种；还有一种针对城市里的城建车辆，比如渣土、水泥搅拌，8×4的这种，35吨级的，城市建设，像北京公转铁，铁路把基础建设运到车上，渣土城建车辆就把它运到工地，这种车辆现在纯电动电池占的比重比较高。我们基本上，第一个车型就是针对8×4的，这个项目我们现在正在做，我们会研发发动机、动力系统。现在福田是我们的一个合作伙伴，下面也有其他的合作伙伴感兴趣。

我们基于原有的纯电平台、LNG的平台来做这个工作，将采用液氢的系统，不再采用气氢了。我们的一个初步方案，是燃料电池的功率大概会做到160—200千瓦，就是保证在长途公路时速八九十公里可以持续开，加一次氢气1千公里，并且我们会采用先进的电动轮技术，就是电机是直接在轮毂里面的，就是先进的分布式电驱动技术、大功率燃料电池发动机技术、先进的液氢储氢技术，包括它的综合能量管理。

那下一步燃料电池汽车的发展会怎么样？

刚才衣院士也介绍了相关的情况：第一，要保证它的效率。比如我们现在额定电压一般是0.6V左右，0.65V，将来慢慢通过材料水平技术进步慢慢会提高的，我们知道反应电压越高效率就越高。第二，成本。我们认为2025年左右大概是3千—5千元，2030年会降到1千元，1千元是什么概念呢？像12米公交，一般用50—60千瓦的发动机，1千/千瓦大概5—6元，这个钱的成本已经低于我们国6柴油机的成本了，所以将来燃料电池还会有显著的成本下降。

我相信，因为大企业大量的加入，将来燃料电池汽车的技术进步还会呈加速的趋势，到2025年我们大概可以做到3—4千瓦/升，零下40度，系统的成本会降到2千—3千元，到2030年会降到1千元。所以，尤其是我们北方地区，还是要坚持走燃料电池的路线，从大车开始。如果到2025年我们做到2千元/千瓦，轿车比如50千瓦也就10万元，我想一个整车加起来卖25万左右的B级车是可以的，所以我认为将来还是会有很好的潜力。

而且从我们国内的情况来看，我认为燃料电池在商用车领域替代的速度会进一步加快。因此，我们不断地调整这个目标，还是坚持2020年左右我们国内会达到年产1万辆的目标。

时间关系，汇报到这里。谢谢大家！