周飛鯤：氫能重卡商業化對整車性能與控制技術的需求與發展趨勢
佛山大學特聘研究員、廣東省汽車智能網聯發展促進會氫能汽車專委會主任委員周飛鯤作主題演講
8月25日，由中國電池工業協會、電池中國網聯合主辦的“2023氫能與燃料電池技術及應用國際峰會”在中國上海隆重舉行。
佛山大學特聘研究員、廣東省汽車智能網聯發展促進會氫能汽車專委會主任委員周飛鯤作題為《氫能重卡商業化對整車性能與控制技術的需求與發展趨勢》的主題演講。
以下是發言內容實錄，未經嘉賓審閱：
周飛鯤(佛山大學特聘研究員、廣東省汽車智能網聯發展促進會氫能汽車專委會主任委員)：尊敬的各位領導、各位來賓上午好。我是來自廣東的，正如主持人戴教授介紹所說，上海是氫能發展非常健康又非常迅速的，是我們國家的一個典型區域。
佛山以及廣東也有它的一個特點，就是再次來到上海，跟在座的各位來分享，主辦方希望我們我一直是在整車廠工作，我站在整車的角度對未來氫能尤其是商用車、重卡商業化對整車方面的一些技術，以及它的一些機遇挑戰，給大家做一個分享。
氫能實際上是又新又不算新的這么一個東西，實際上在十多年前中國已經通過在上海包括世博會同濟大學依托我們在上海尤其嘉定這個地方大家已經成為標志性的一個地域，這樣的話氫能的發展跟這幾個地方確實是密不可分。
我從幾個方面，第一，從產業技術背景更多從車的角度。
第二，從車一些現狀趨勢，還有對未來的一些技術的研判和分析。
氫能它的好處確實能量密度高，熱值高，來源廣泛，在各個方面有更多廣泛的應用，包括交通以及儲能，工業的降碳等等。
氫能的發展實際上離不開能源結構變革的需求，能源的話，我們國家的特點是一個多煤少汽缺油的特點，所以從能源結構、能源安全它是一個根因，有這方面的訴求。
所以各個不同的機構，其實對氫能未來在能源總需求的占比實際上有一個預測，2050年我們現在實際上距離現在看似還有20多年，但實際上按照機構的預測從十幾到二十這樣一個比例的目標來講，其實接下來每年的增量可能都是非常可觀的。
氫能在未來一段時間之內，會成為我們越來越經常遇到的話題，發展氫能實際上還有一個就是說它對降碳，咱們和電動汽車，中國已經站在全世界領跑的位置上，但是氫能的話接下來對碳的解決可能有更好的適應性。
各個國家對氫能實際上都提出包括像氫經濟、氫能社會等等這樣的發展目標，尤其像日、美、歐韓國等等發達國家，他們在氫能方面的布局和持續的發力，實際上一直是有二三十年累積的研發投入。
目標的話，要建成美國提出的氫的經濟、社會，中國也是2030年形成一百萬規模的目標，這是在基礎路線圖都提出了這樣一個目標。
我們都知道氫能實際上是一個鏈條，它的鏈條實際上比較長，上游其實現在我們是從風光以及水等可再生能源，來產生綠氫。當然氫的來源還不局限在此，它還有灰氫、藍氫，就是我們的一些工業復產氫、脫碳的零氫等等，有了電我們就可以電解水來制氫，氫有了的話我們通過核心裝置，叫燃料電池的發電系統或者叫發動機，它可以給到各種工業發電交通來做應用。
最終的話，它是生成水沒有其他的排放，不經過燃燒，既解除了我們說的熱機卡頓循環效率的限制，同時也避免高溫燃燒所產生的氮氧化物等污染物的排放，所以從這樣的體系來講它是一個比較理想的鏈條。
我是一直搞車的，我們就站在車的角度跟大家分享，自己的一些看法和認識，之前我們說中國發展新能源汽車，什么樣叫新能源汽車，純電、插電還有燃料電池這三種，這種新能源汽車當時發展的訴求，一方面是新能源從積分角度，國家希望企業來去發展新能源汽車;另一方面實際上也是從碳的角度，從實用過程中的降碳，但實際上，如果說降碳，我們乘用車應該有30以上的滲透率，純電動這樣的一個滲透率，但實際上說降碳重卡尤其是柴油的重卡，它的碳排量的當量應該是說百倍余乘用車，雖然說商用車的體量是乘用車的20%左右1/5，但實際上它的碳排放的壓力其實是真正的應該是說我們解決碳問題在交通運輸領域的焦點。
中國和美國加起來的商用車的體量應該占了全球50%以上，所以說在交通運輸領域里面，中國實際上是比較有市場的優勢，這個相比較日本、歐洲，實際上我們有一個獨特在市場方面的優勢，所以說日本其實氫能發展得很快，技術是標桿，但實際上它在市場的推廣應用方面確實受到很多的制約和限制。
包括日本一直是以乘用車為主要的發展目標，因為什么?乘用車的體量足以能夠帶動氫能產業的發展，但是在中國我們國家提出的先從商用車上去市場化，是一個符合我們國家現在現狀的戰略方向。
解決的這種商用車，尤其是重卡的零碳化或者是氫能源化電氣化的途徑，其實有電動也有氫能這樣的路徑，現在有很多企業也在做換電重卡，包括一些快充的重卡，但是我們從各個方面來比較，第一性原理上從趨勢和它的根本原則上，一方面從動力源的角度，氫能和電的區別。
第二，從續航歷程，從可持續的發展氫的資源和我們說的鋰資源的對比，實際上包括我們說從源頭，我們說氫可以是有綠電制綠氫，電目前綜合的比例還是60/70都是煤電自發，接下來向歐洲的新電池法案已經對電池提出了很多限制性的措施，未來實際上我們都可以遇見，碳的交易進一步的提出來規范化的情況下，我們說你用的能云端電的屬性、碳的屬性將會被記錄到整個的碳的足跡的統計之中。
所以氫在這方面就會越發的凸顯出它在長途、重載尤其低溫使用的這樣一個環境下的優勢。
歐盟其實一直是在減碳的領域里面起到很大的推手作用，歐盟也是在今年年初就提出2035年和2030年分別的二氧化碳減碳目標達到65%，甚至2035年達到100%二氧化碳的減碳目標，這個的話其實也是對我們在重載車輛接下來的低碳化的路徑上提出一個非常明確的時間表。
實際上我們在2022年最近的一次的國際活動上，我們在北京冬奧會、殘奧會上，其實豐田贊助的東京奧運會和咱北京的殘奧會和冬奧會用車方面，用了有超過一千臺的燃料電池汽車，也達到比較好的運行效果和減碳的效果，我們國內也有很多的車企也參與了這樣一個示范運行的活動。
我們國家現在其實大家都知道，我們處在一個氫能示范城市群當中，有五個地區北上廣，還有河南、河北，一共這五個地區在四年之內，目前的規劃推廣數量是3200臺車，同時除了這五個地區之外，我們還有像成、渝、山東，還有很多的地方，湖北等等，也在積極地發展氫能的這樣一個產業之中，這是具體每個城市群參與的牽頭和參與的城市，這些城市都成了我們講“星星之火，可以燎原”的這么一個點。
未來在2025年之后，可以預見政策的扶持期，可能過去我們可以判斷氫能的這樣一個產業化、商業化會迎來它自己自我可再生、可閉環的發展，而不是說在依靠政府政策的持續的注血注入。從政策規劃里面我們國家預計到五萬到十萬臺的保有量，2030年在五年時間可能發展到100萬輛，到了2060年可能規模會有進一步的發展。
所以說2035是成為商業化起步的這么一個節點。我重點談一下個人對整車方面的一些技術趨勢的看法，其實之前我們說燃料電池的技術原理大家都很清楚它是基于電堆，電堆里面有膜電極，作為核心的發電來源，電堆實際上就是一個裝置，像一片一片的疊加，在經過供氫、供氧還有水熱管理的系統，最終輸出電。
實際上這是大家都認為的核心的燃料電池的機理，但實際上我們其實不能忽略的就是把它在車的角度，要放到我們車用的動力系統以及車的平臺里頭，甚至要跟它使用的場景相結合。
燃料電池不是個孤立的東西，你不同使用的環境，比如說日本豐田在做乘用車的角度，他現在提出的燃料電池的發動機它的性能、機理、壽命、成本所有這些需求都來自于乘用車的要求，但實際上我們把乘用車這樣的要求如果放在商用車甚至工程、機械、船舶去使用的話，它的要求就完全發生了變化。
我們比如說乘用車的效率更多要求在峰值效率，而我們真正商用車的商用峰值效率對商用車的使用幾乎沒有什么意義，它一定追求運行過程中的效率，所以整車的一些不能忽略的就是動力系統能夠對燃料，實際上一方面是定義，另一方面實際上也是一種保護，這樣可以更好地運行。
從整車的幾個角度分享一下，一個其實是高功率、高動力性的要求，我們國家在功率角度上一直在發展、嚴格變化之中，從功率角度來講或者從我們做車的需求角度來講，車的需求其實一直是不變的，它對動力性的需求實際上一直是沒有變化，變的只是我們燃料電池技術的提升，這個東西就是說基于我們對目標、對過程的發展的矛盾或者平衡。
我們不要說各個功率段我們都要去開發，我們是不是提出模塊化、組合式功率的配置，另外加上鋰電池這樣滿足整車功率需求，這樣從49噸重卡，它的額定功率加上它的峰值功率這樣就能實現比較好的一個組合。
除了這個以外，工程機械以及船舶，包括其實像我們說的一些氫儲能的發電，都可以在這個基礎上進行疊加。日本豐田在重卡上還有韓國現代以及它在儲能發電上實際上它都是基于這樣一個思路原則。
另外我們現在說的功率級別我們國家現在補貼補到110千瓦，實際上真正講市場化的情況下，我們舉了兩個例子，一個像斯卡尼亞的重卡，它的馬力能達到500-700匹，實際上它的功率能達到400千瓦。戴姆勒剛才說的兩套150千瓦系統，組成大概在300千瓦的燃料電池動力輸出，會降低對鋰電池功率的配比，實際上它最大的好處我們講叫不能用小馬來拉大車，它對效率、對壽命都是非常不好的應用方案。
未來的趨勢肯定是要沿著大功率、高功率的方式去演變。
第二，效率問題剛才說到這是日本豐田汽車在一代的燃料電池的測試效率圖，電堆的峰值效率是66%，系統峰值效率是63.7%，其實現在我們國內也有很多的企業基本上峰值效率達到60%以上，61%、62%，這其實是說，在從乘用車角度峰值效率點，大家可以看到，它的功率實際上在十幾千瓦，并不是說我們講的運行區間，如果講運行區間按照這樣一個比例我們達到110千瓦以上的時候，它的系統效率基本上已經接近40%，從這個角度，實際上我們做燃料電池經濟性優勢以后很難算得過來賬的，所以效率的問題，實際上是不可忽視的一個非常重要的因素。它是生產工具，不是說我們像一個乘用車更多追求的其他東西。
怎么提高效率，實際上從單體電壓的這樣一個變化，它一定要站在我們說工作點的電壓要從0.65要提高到0.8，甚至像IODE提出的工作點要達到0.85伏，這對我們整個從材料到電堆到系統其實提出了一系列的要求。
效率的話我們還站在整車角度，其實像HEV混合動力一樣，我們可以各種不同的動力分配，除了燃料電池效率本身我們還要考慮綜合效率的這樣的一個加氫耗的效果。
另外低溫我們說評價壽命大家實際上是基于常規的使用，但是我們都知道現在真正使用都在西北、東北有很好的場景，但是這個地方就面臨著低溫的啟動，以及多次低溫啟動對整車對燃料電池的電堆造成壽命的損傷，不可逆的損傷，講究整車的動力系統。
還有一個實際案例，如果在低溫啟動鋰電池在低溫充電情況下是受到很大限制的，在這個情況下，我們說燃料電池在低溫啟動，其實我們只是看單一的燃料電池啟動，其實也是不滿足從車用角度的環境，你想要把功率放大低溫啟動加快，電去哪兒?去不了電池里頭。
還有從壽命角度我們從比較嚴苛、比較有挑戰的長途重卡需要的每年的功率至少達到20萬公里，5年下來可能達到100萬甚至150萬公里，這樣一個挑戰，燃料電池我們不能說它只是適合于，但是你得滿足它使用的這樣一個工況，那這個怎么解決?
實際上我們說一定站在部件動力總成以及車輛一定是幾級聯動而不是單一說我們只對燃料電池、電堆提要求，或者對膜電極提要求，它是根本就不可能實現這樣一個模式。
豐田乘用車的電堆是5千小時壽命，同樣一個電堆放在商用車上要達到3萬小時，這里面實際上不是一個簡單拿來復制沿用，要從整個體系化要有一個降低它的使用溫度，調整它的動態響應速率等等。
所以我們提出來說一定要站在聯動的設計，而不是一個孤立的，這樣的話會有很多技術墻存在。
成本大家都知道，美國最早提出來30美元億千瓦的這樣一個成本，其實日本豐田實際上在十萬臺的規模上，基本上已經接近這個數字，另外我們現在在這個時間還有補貼，當然沒有補貼的情況下，2025年以后我們相信它通過自身的成本的下跌，還有新能源積分碳稅等等的加持，會比傳統車帶來更多的競爭力。
未來肯定是低碳化的發展趨勢，從歐洲大家都提出從柴油卡到天然氣，下一步就是純電動和氫能，純電比較適合于中短途，氫能比較適合于中長途以及重載，同時的話我們要提出來在傳統汽車V字型開發流程要減少這樣一個驗證的環節，所以說在設計環節要加大投入，要加大相關的技術研究。
另外就是從動力系統的整體測試標定抬架，類似于混合動力，也能起到比較好的支撐，這也是我們在做的一些事情。另外就是模型的平臺搭建。
最后我舉一個例子，大家都知道特斯拉是電動現在的標桿，它在純電的重卡，上面也推出這樣的一個卡車，這個我們引用國際證券的分析報告，其實就是說從它的長續航達到800公里續航的情況下，電池重量能達到7.5噸，有效載重就會變成16噸，大幅度降低它的有效載重，還有就是燃料加重需要兆瓦級充電，也需要一小時，對基礎設施有了非常強的要求。
所以，其實未來的重卡給了我們氫能的從業者一個非常好的機會，也是一個必由之路，也是整個發展的必要趨勢。以上，謝謝大家。
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