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分分pk拾平台:全球氫燃料電池汽車四強

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燃料電池技術專利申請量中排名前10位的企業中,日本企業佔了7席,其中整車廠包含豐田、本田、日產,美國僅通用佔1席會出現更多新鮮的名字

從日韓、北美、歐洲等發達國家和地區的燃料電池汽車發展現狀看,豐田、通用等全球主要汽車公司大都已經完成了燃料電池汽車的基本性能研發階段,解決了若干關鍵技術問題,其整車性能、可靠性、壽命和環境適應性等各方面均已基本達到了和傳統汽油車相媲美的水平,但是因為成本居高不下,基本走租售道路。

燃料電池技術專利申請量中排名前10位的企業中,日本企業佔了7席,其中整車廠包含豐田、本田、日產,美國僅通用佔1席。

豐田汽車

豐田氫燃料電池汽車 MIRAI

豐田汽車公司是全世界排名第一的汽車生產公司,是第一個達到年產量千萬輛以上的車廠,1996年成功研發出豐田公司的第一輛質子交換膜燃料電池汽車。

截至2017年,豐田汽車已在21個國家和地區、2個國際知識產權組織申請了15867件與燃料電池相關的專利。在燃料電池專利申請人全球排名中,日本豐田汽車以10737個專利族居首位,它一家的專利占專利總量的22.3%。如果再加上與豐田淵源深厚的愛信精機和電裝,豐田體系的公司將48.6%的技術壟斷在自己的手中。

豐田的燃料電池堆棧經歷了十幾年的技術優化,形成了自己的特色結構,比如3D立體微流道技術,通過更好地排出副產物水,讓更多空氣流入,有效改善了發電效率。所以整個堆棧的發電效率達到了世界先進水平,2017年就達到了3.1kW/L,比2008年豐田的技術整整提升了2.2倍。

2013年11月,豐田在「第43屆東京車展2013」上,展出了計劃在2015年投放市場的燃料電池概念車,作為技術核心的燃料電池組目前實現了當時公開的全球最高的3 kW/L功率密度。該燃料電池組去掉了加濕模塊,不但降低了成本、車質量和體積,還減少了燃料電池的熱容量,有利於燃料電池在低溫條件下迅速冷啟動。

2014年12月,豐田燃料電池4座商業車MIRAI在日本上市。該車靜止到100km/h需要約10秒,最大續航里程約700km,補充氫燃料只需3分鐘。MIRAI目前共計在16個國家及地區進行銷售。

MIRAI在2015年產700輛,2016年產2000輛,2017年全球銷量2682輛(同比+32%),對應質子交換膜燃料電池約305MW;美國1838輛(210MW),日本766輛(87MW),歐洲78輛(9MW)。

MIRAI於2018年開始量產,預計2020年總產量達3萬輛。豐田計劃在2025年前讓燃料電池車售價降至約2萬美元。

豐田燃料電池汽車MIRAI性能優異,能量密度350Wh/Kg、功率密度3.1kW/L,售價約26萬元,補貼前約39萬元,與純電動汽車差不多,運營成本稍高於純電動汽車。

豐田在2008年最初立項開始,預計MIRAI售價1億日元(約600萬元),直至2014年豐田MIRAL正式推出時,售價已經降至723.6萬日元(約43.5萬元),除去日本政府的補貼,消費者只需支付約521萬日元(約合人民幣31.3萬元)。

如此顯著的大幅降本,究其原因,可歸結為企業量產規模擴大、混合動力系統大規模應用、系統簡化等促進FCV成本下降。

豐田在普及推廣燃料電池方面也做了不少努力,2015年,豐田發佈無償提供豐田所單獨持有的關於燃料電池的約5680個專利,這些專利涵蓋了從車載軟件和系統到氫的實際生產,以此來促進燃料電池汽車進入市場初期的普及。

2017年在東京發佈FC巴士,同時在美國開始了FC大型商用卡車的實證實驗。

2019年4月,豐田宣布將通過FC系統集成商,向中國的商用車廠商提供FC組件,以此實現FCV在中國更大範圍的普及。首個合作項目,豐田與北汽福田汽車(600166)公司及北京億華通科技公司合作,將在福田生產及銷售的FC大巴上搭載採用豐田FC電堆等零部件的億華通FC系統。

通用汽車

通用雪佛蘭Sequel 氫燃料電池車

通用公司是美國數一數二的汽車公司,歷史悠久、技術實力雄厚,其開始燃料電池汽車的研究較早,1990年即開始研發燃料電池在汽車方面的應用。

通用公司在燃料電池汽車技術的三大核心技術方面的專利量均在全球排名靠前,其核心專利均布在燃料電池技術與燃料電池系統關鍵技術領域內,其中涉及熱管理系統、氣體通道、燃料供給、催化劑、膜電極、電解質、質子交換膜以及動力控制;而車載制氫方面的核心專利與儲氫相關。

通用汽車從1998年起就建立了專門研發機構開發燃料電池技術,2002年,在日內瓦的國際汽車展上推出「氫動一號」,該車配備了業界最先進的可使用汽車燃料電池組;2004年,「氫動3號」燃料電池原型車勝利完成歐洲馬拉松式示範運行,橫跨歐洲14個國家,行程9696km。

2005年,通用汽車公司展示了Chevrolet Sequel氫燃料電池概念車,燃料電池裝置及動力單元結構更簡單,製造成本更低,燃料電池組能在-20℃啟動,15秒內達到滿功率運行,一次加氫可連續行使480km,0-96km/h加速只需10秒。

2007年,美國通用汽車公司秋季啟動的Project Driveway計劃,將100輛雪佛蘭Equinox燃料電池汽車投放到消費者手中,2009年總行駛里程達到了160萬km。

同年,通用汽車宣布開發全新的一代氫燃料電池系統,新系統與雪佛蘭Equinox燃料電池車上的燃料電池系統相比,新一代氫燃料電池體積縮小了一半,質量減輕了100 kg,鉑載量僅為原來的1/3。

2017年1月,美國通用汽車和日本汽車製造商本田宣布了聯合製造氫燃料電池系統的計劃。雙方分別出資4250萬美元於美國設立合資公司,計劃量產的產品為燃料電池及其周邊機器。

2018年1月,通用汽車公司宣布將推出首個具有自主功能的SURUS軍用無人駕駛燃料電池車輛通用底盤平台,配有通用汽車最新的Hydrotec燃料電池自主系統和卡車底盤組件,能夠提供高性能以及零排放的推進力。憑藉兩款先進的電動驅動單元,四輪轉向系統和鋰離子電池系統,可以提供645km航程能力。

本田汽車

本田公司在日本埼 玉縣政府大院設 置了氫燃料電池 汽車專用的氫氣 供應站。圖為電池 汽車在該供應站 加氫氣

本田從上世紀80年代就開始研發燃料電池技術,在燃料電池專利申請人全球排名中,本田汽車名列第三。

1999年本田在東京車展展出了FCX燃料電池車,2008年,本田正式推出FCX Clarity氫燃料電池車,最大續航里程382km。2016年3月,本田Clarity Fuel Cell5座商業車Clarity在日本上市。

Clarity的電池組位於座艙地板下方,動力模塊得到了優化,電池密度提升了60%,能夠在-30℃環境下順利啟動,續航里程達到620 km,最大續航里程將達到700km,燃料電池堆功率密度也達到3 kW/L,最大功率為100kW,補充氫燃料僅需3分鐘。

本田預計,2020年累計實現4萬輛保有量,2025年累計實現20萬輛保有量,2030年實現80萬輛保有量。

現代汽車

現代汽車氫燃料電池車 NEXO Fuel Cell

韓國現代從1998年開始研發燃料電池汽車,2005年採用巴拉德的電堆組裝了32輛運動型SUV,實現了燃料電池系統的國產化。

2006年推出了自主研發的第一代電堆,組裝了30輛SUV,4輛大客車,並進行了示範運行。2009年-2012年間,現代開發了第二代電堆,裝配100輛SUV,開始在國內進行示範和測試,並對電堆性能進行改進。

2012年,推出了第三代燃料電池SUV和客車,開始全球示範。2013年,韓國現代推出燃料電池汽車途勝iX35,在全球率先進入燃料電池千輛級別的小規模生產階段。

該SUV採用了100kW燃料電池,24kW鋰離子電池,100kW電機,70 MPa的儲氫瓶可以儲存5.6kg氫氣,NEDC循環工況續航里程588km,最高車速160 km/h。2015年,該燃料電池發動機被評為沃德(Ward)北美年度十佳量產的發動機之一,這是燃料電池首次入選。

為了發展燃料電池汽車,2017年,現代汽車旗下的摩比斯興建了一家工廠,力求實現氫燃料電池車零部件的量產。該工廠的動力總成燃料電池套件年產能為3000台。

2018年北京車展,現代汽車帶來了新一代氫燃料電池車NEXO,採用現代燃料電池系統第四代技術,在零下30°C的極限環境仍然能正常啟動,充電5分鐘,即可實現590km以上的世界最高水平續航距離。此外,NEXO還首次應用了設計成三槽一體化的氫儲存系統,通過最優化的排布,獲得了與同級內燃機車輛水平相當的寬敞載物空間。

2018年,現代汽車公布了「燃料電池電動車2030展望」(FCEV Vision 2030)計劃,現代汽車及其供應商體系將投資7.6萬億韓元,用於燃料電池系統研發和相關配套設施。計劃公布的當天,現代汽車的子公司現代摩比斯在韓國忠州市舉行了第二個燃料電池廠的開工儀式。

2019年2月,韓國現代汽車公司宣布,截至2022年將在全球市場銷售1萬輛NEXO氫燃料電池汽車。這款氫燃料電池車將在韓國國內發售,年內會銷往歐洲等主要市場,這款零排放汽車加氫5分鐘可支持的行駛里程為609km。

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