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全国2020电动汽车百人会清华大学李建秋关于

发布时间:2020-07-01 17:37:34

【2020电动汽车百人会】清华大学李建秋:关于燃料电池应用现状与前景

1月日,2020中技术标准可以国际化国电动汽车百人会论坛在钓鱼台国宾馆隆重召开。本次论坛围绕“把握形势 聚焦转型 引领创新”主题,邀请有关部门和汽车、能源、交通、城市、通讯等领域的行业机构和领先企业代表,就行业、企业、政策的转型与创新展开深度研讨。以下是清华大学车辆与运载学院党委书记、教授,李建秋在本次论坛上的发言:

清华大学车辆与运载学院党委书记、教授 李建秋

尊敬的各位领导,各位专家,各位来宾,大家上午好!非常高兴有这么一个机会给大家做一个汇报,关于燃料电池应用现状与前景。我将汇报三个方面。

第一个部分是大家都比较熟悉的,所以我就快速的过了。目前在轿车动力系统方面全球来看,各家企业都在做,以典型的丰田为例,现在(MIRAI)已经累计生产超过一万台,这是现代的,这次也来了实车,这是本田的,这是奔驰,宝马也在做,基本上轿车也在研发。我们国家轿车还是以纯电动为主,从全球来看,现在燃料电池商用车的研发也开始慢慢的出现新的高潮,国内外在卡车方面都在做,这是尼古拉的,也有巴拉德的。通用他们提出了一个无人平台的概念,用燃料电池作为动力的。也有大型的SUV、军用的车辆采用燃料电池作为动力。在客车领域,尤其是我们国家现在发展的非常活跃,各种各样的车。在材料领域慢慢也取得了突破,新一代的燃料电池发动机的铂金用量在持续的下降。限制燃料电池汽车发展的,基础设施也是非常重要的瓶颈因素,各家都在做这样的工作。与此同时,我们也观察到目前在国防领域,燃料电池也有升温的趋势。在无人机,在欧洲他们在潜艇上面开始用燃料电池。丰田月球车也准备用燃料电池作为动力,所以这些方面可以看到燃料电池在国民经济和国防领域的应用会越来越广泛。

下面重点汇报我们清华团队在燃料电池这块的一些研究进展。我们主要是做了这么几个工作,一个就是在多尺度建模和仿真方面,我们把建模和测试建立起来,能够沿着流道方向的气体浓度给它实时测量出来,反过来标定我们的模型,我们认为这件事情非常重要。一般建模你的那些参数怎么取,能不能预测实际运行的情况,我们建立了从建模仿真到设计到验证一个闭环的开发体系。

第二个就是聚焦于石墨双极板的功率密度的提升,刚才我们几位老师也介绍了,将来的燃料电池功率密度会持续的提升。通过提升功率密度来降低成本,我们认为根据我们现在的工作来看,明年我们认为石墨双极板的功率密度这指的是额定,会到 kW/L,到2025年石墨双极板的额定功率密度是可以实现的kW/L,我们最近突破了石墨双极板精密加工的技术,这个流道越密,它的电流密度的均匀性会越好,电流密度更容易提升。与此同时,大家都知道我们清华的团队在欧阳老师的带领下,我们最早是做整车,后来到动力系统,再后来到做发动机,再后来到电堆,现在我们开始进入膜电极的阶段。

最近我们也做了一点小的测试,国内自己做的膜电极加上高密度的流道,0.6伏的电流密度已经做到了1.78安培。现有的亿华通的一般是大概1.3安培左右,这个性能提高幅度还是比较大的。这样的话,为后面高电流的密度打下一个很好的基础。在冷启动方面,我们做到了零下30度,在张家口进行持续的验证。耐久性方面,从一万小时开始向两万个小时迈进。同时,企业的产业化现在也开始进入自主发展的阶段,以前我们氢气循环泵,空压机,很多是必须要采用进口的零部件。但是从2019年开始,我们很高兴的看到,国内很多零部件由于国内发动机整车上量,带动了这些上游的零部件,使得我们现在的成本会持续的下降,重量也会持续的下降。亿华通新一代的发动机YHTG60SS发动机,60千瓦的已经降到120公斤。这样的话,如果你去看,现在商用车一般都是用电动化,用传统的比如柴油发动机或者是天然气发动机来发电的话,不论是重量和体积,燃料电池都已经赛过传统的发动机了。这是一个标志性的技术进步,燃料电池这些年经过发展,它在冷启动的性能,在发电的效率,在重量和体积方面,可以跟传统的柴油发动机相当了。

欧阳老师也介绍了,燃料电池将来在我们国家大规模应用的前景仍然是替代商用车,尤其是柴油发动机,所以从这个角度来讲,我们的工作是持续在这一块往前推进。包括物流车方面,我们2019年一个很重要的进展就是推出了第三代物流车。这个物流车它的气瓶也是在底盘上面,这样的话,整个是不占用货舱空间的。我们认为这个将来也会成为市场发展的主流。

我们在19年一个很大的进步是在燃料电池长续驶里程重卡的研发上面,突破了大功率燃料电池发动机的技术,大容量液氢储氢的技术,以及大转距,高转距的电动轮组成的电动桥的技术,应该说从全球来看,在燃料电池重卡领域,同时具备研发这三项关键技术的只有我们这个团队。我们就两个五百升的液氢的储氢系统,这是航天101所研发的,加起来可以到60公斤的储氢量。35吨的重卡能够跑800公里。大功率的发动机是由我们亿华通研发的,现在开始小批量制造,配套整车了,净功率达到105千瓦。

整车是北汽福田正在装车,大家可以看到电动轮一边装轮胎,另外一边没有装轮胎。电动轮的特点是什么呢?第一,它的所有机械接口和传统的机械桥是一样的,但是我们把电机直接集成到轮胎里面。这样的话,特别适合于我们重卡的领域。同时我们和101所合作,用我们现有的物流车,它的液氢储供系统已经连续给发动机供氢做了测试,这个也是我们今年的一个比较大的进展。这样的话,为我们重卡后面的调试打下了基础,这是我们当时联调的情况,也做了相关的测试。测试的结论,液氢储供系统可以具备在车上使用的能力,为我们后面的重卡实车调试打下了一个基础。

我们这里也对长续驶里程,尤其是五百公里以上的重卡的性能做了一个比较,跟纯电动相比,短途的纯电动重卡开始产业化了,燃料电池瞄着三百公里以上重卡的使用范围,以五百公里为例,燃料电池+动力电池+液氢储供系统的重量大概是2吨左右。如果你要跑五百公里,电池要一千度电,对应的重量是6吨左右,在国际上这是AVL的张图,AVL有一个类似的预测,我们的观点基本是一致的。在重卡领域,因为重卡本身的重量是非常重要的,大家知道重卡尤其是长途的重卡它的成本,一吨一公里是三毛钱,如果你的车上多装了一吨,一公里要多付出三毛钱。动力系统本身的重量就决定了将来这个车有没有竞争能很难接受大概以后不会再见了力,所以这一块我们认为燃料电池在这个领域将来会有很好的应用前景。尤其是跟我们液氢的储氢系统配合,我们准备做一个续驶里程一千公里的液氢重卡。

将来燃料电池还会在飞行车辆和特种车辆里面得到应用,比如我们现在也每年可能多生100万亾正在论证,将来会彻底改变我们人类出行的飞行汽车,现在有几家已经在做了。公斤的飞行汽车在它稳定的平飞的时候功率只需要40千瓦,这个跟我们汽车上的动力系统的功率是一样的。如果我们用液氢储氢系统,整个动力系统的重量大概130公斤,可以飞多远呢?可以飞4个小时,发动机的净功率如果是40千瓦的话,电堆的净功率要50个千瓦,飞4个小时,大概输出的电量是200度电。200度电,130公斤重,它的能量密度大概是1500瓦时/公斤。这个数大家都知道,我们动力电池现在系统的能量密度大概是瓦时/公斤,这意味着将来长续驶里程的飞行器也是燃料电池一个非常好的场景。

我们也调研了一下现在国内外做各种飞行器的,燃料电池本身技术还在持续的进步,我们预计到2025年它的功率密度还会做到6kW/L左右,如果按照这样水平的话,将来飞行汽车的动力装置就不再是瓶颈了。为什么我们原来叫汽车系,后来改成车辆与运载学院呢?就是我们瞄准将来的运载工具不一定是在地面跑的汽车了,有可能作为一个低客单价的包子是空中飞的,也可以在地面跑的,是这样一个趋势。

刚才所有的氢能专家也都非常认可可再生能源发电来带动电动汽车的发展,叫做绿氢的制备,我们也是非常认可这个观点。认为在人类的能源和动力的发展历史上,前面已经经历了两个阶段。就是固体的煤炭,推动了蒸汽机的革命,推动了航海技术的发展。到了一战二战之后,石油革命,柴油汽油推动机械动力。现在和将来应该是氢电的革命,完全脱离二氧化碳的排放,应对气候变化。而我们国家在这块是非常有优势的,为什么呢?因为我们国家三分之一的国土面积是戈壁和沙漠,这些地方完全可以用来产生风能和电能,把它变成我们可再生能源的生产基地。去年我们国家进口了4.6亿吨原油,我们如果传统的能源是要依赖进口的,反而将来如果把它转变成可再生能源,我们可以把进口的压力降下来。同时,又没有二氧化碳的排放,应对气候变化也是很好的一条路径,所以从我个人来讲,非常支持张家口搞可再生能源,刚才王副市长讲了,700万千瓦的可再生能源,足以可以支撑京津冀氢能和燃料电池汽车和纯电动车的发展。

我的汇报就到这里,谢谢大家。

敬请关注【盖世直播】中国电动汽车百人会论坛(2020)

提示:本文根据发言整理,未经专家审核,请勿转载。

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