氢燃料电池汽车—高功率清洁能源车

氢燃料电池汽车简介

氢能汽车:是以氢作为能源，将氢反应所产生的化学能转化为机械能的汽车，分为氢内燃机汽车及氢燃料电池车。

氢燃料电池车:使储氢系统中氢或含氢物质与空气中的氧在燃料电池中反应产生电力推动电动机，由电动机推动车辆。

燃料电池电堆:由多个单体燃料电池组合成的电池组。其中单体燃料电池包括双极板、密封圈和膜电极,而膜电极又包括质子交换膜、以铂为主的催化剂层和气体扩散层。

燃料电池汽车动力系统:由燃料电池、辅助系统(BOP)与驱动电机等组成。其中燃料电池部分由电堆与DC/DC转换器组成;BOP包括氢气循环系统、加湿器以及空气压缩机等。

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行驶性能一般影响因素

电驱动车具有高效率、低污染及低噪声等特点。燃料电池车能量转化效率理论值为85%-90%，目前实际水平为40%-60%。

负载重量、制冷系统运转、汽车所受外部阻力大小等也具有一定影响。

电池:其他条件相同，电池容量越高，单次续航里程就越长。但因汽车空间及总重量限制电池数量难以大幅增加，提高电池的能量密度至关重要，这意味着技术难度及制造成本上升。部分氢燃料电池汽车同时搭载锂电池以改善输出功率瞬态特性并降低成本。

电机:功能类似于内燃机中的发动机，是利用电池电量并驱动车辆的重要部件。其他条件一致时，电机功率越大续航里程越短，但从静止加速至同一水平所用时间越短。

电控:监控和管理动力电池(特别是温度)，提高电池效率及可靠性并延长使用寿命。

影响续航里程的三要素—氢气储量更为重要

储氢量、电池动力系统效能、汽车总成与续航里程

影响燃料电池车续航里程的三要素:储氢量、燃料电池动力系统效能、燃料电池汽车总成。

储氢量:指燃料电池汽车车载供氢系统的储氢量，是决定汽车行驶里程的重要指标。由储氢瓶、组合瓶阀、溢流阀、减压器、压力传感器、管道及管道连接件等组成。

若为了满足汽车480公里续航能力的要求，一次需储氢大约4到7千克，耗时3-5分钟。

国内外主流储氢瓶为高压气态瓶，国内使用III型瓶(金属内胆碳纤维全缠绕气瓶)，国外使用IV型瓶(塑料内胆碳纤维全缠绕气瓶)。

电池动力系统效能、车辆总成与续航里程

燃料电池动力系统最终输送给汽车驱动系统的电能能力称为输出效能。相同供氢前提下，燃料电池与辅助系统电能输出越多，输出效能越高、续驶里程越长。

影响燃料电池动力系统效能的因素包括氢气转化率及电能输出率。

氢气转化率:即燃料电池将氢气的化学能转化为电能的工作效率。取决于燃料电池本身的氢气转化能力，转化率高，产生电能越多。

电能输出率:生成的电能中一部分用于维持BOP运转，其余输送至汽车驱动系统。

车辆总成指由若干零件、部件、组合件或附件组合装配而成，并具有独立功能的汽车组成部分，如电机、前桥、后桥、车身、车架等。其他条件相同时车辆总成技术的不同也会导致续航能力存在明显差异。

燃料汽车储氢量及性能比较

氢燃料电池需求—扩张期即将到来

全球燃料电池汽车销量预测

未来氢燃料电池汽车的需求和销量将大幅增加。预计2030年氢燃料电池汽车在世界汽车销量中的比重有望达到2%-3%，2050年，氢燃料电池汽车在世界汽车销量中的比重将进一步提高到15%左右。

随着科技进步、政府重视和资金投入，困扰氢燃料电池汽车发展问题将会逐步得到解决，氢燃料电池汽车的成本将会进一步降低，规模效应带来的产业红利更加明显，更多的消费者将了解并接受氢燃料电池汽车。

氢气制备方法主要分为电解水制氢、氯碱厂副产氢、生物制氢、石化资源制氢、化工原料制氢等方法，按成本从高至低排序为水电解、甲醇裂解、天然气制氢、煤炭气化。

我国产氢法目前以煤气化为主，未来中远期的主要制氢技术路线为电解水制氢与煤制氢。

我国氢气产业链趋于完善，制氢企业主要有神华集团、香河华瑞、首钢央企、华能集团、华昌化工等。

氢燃料电池氢气纯度要求

燃料电池对氢气纯度要求高:燃料电池最理想的燃料是纯氢，如将含有其他气体的氢燃料应用于低温燃料电池时，燃料电池铂电极催化剂可能会发生中毒，电池性能急剧下降。

不同制氢过程杂质有所不同:通过碳氢化合物或醇类重整反应得到的氢气中一般含有水蒸气及未完全反应的原料，如CO、CO2、N2;以天然气、石油等为原料制备还会含有H2S等硫化物;若通过甲烷重整制氢，在自热重整或部分氧化重整过程中会生成NH3。

国内行业标准:《质子交换膜燃料电池汽车用燃料氢气》标准将于2019年7月1日起开始实施。该标准规定了质子交换膜燃料电池(PEMFC)汽车用燃料氢气的术语和定义、氢气纯度、氢气中杂质含量要求及其分析试验方法等。适用于聚全氟磺酸类质子交换膜燃料电池汽车用燃料氢气的品质要求。其中对于氢气纯度(摩尔分数)的技术指标规定为99.97%，非氢气体总量不超过300μmol/mol.

氢气制备方法提纯技术对比

氢气提纯成本高，:目前常见的氢气纯化方式包括吸收法、吸附法(吸附干燥、低温变温吸附、变压吸附)、催化反应法、钯合金扩散法、金属氢化物等，其中变压吸附主要针对40%的粗氢提纯，其他方法多针对99%以上纯度氢气，脱除不同杂质。当前上述提

纯方法多需要昂贵的吸附剂或催化剂，成本较高，因此结合当前状况我们判断，可在生先机。同时，目前制氢成本相对较低的制氢企业(裂解脱氢)有较大的成本空间，亦将产环节获得纯度较高的制氢企业(氯碱工业)将在未来氢气需求快速释放的阶段中获得具备强劲竞争能力。

全球加氢站建设计划

全球加氢站:加速布局，规模效应降低成本

2018年全球正在运营的加氢站达369座。欧美国家加氢站供应链已初具规模，多个国家正在积极部署加氢站的建设，大力推广清洁能源的使用。

加氢站建设进入商业化早期，单位燃料的建设成本和氢气成本均可大幅度下降

现有的加氢站的加氢能力为160kg/天，可以满足300辆燃料电池轿车加氢;进入商业化早期加氢能力提高到450kg/天，利用率提高到74%，建设成本预期提高5.7%。