燃料电池汽车研究现状

作为解决能源及环保问题的可选有效途径之一，燃料电池汽车（Fuel Cell Vehicle，FCV）的研发推广日益受到各国政府的重视，各国纷纷制订相关计划来促进其核心技术的开发。在此方面，美国、日本和欧洲等国家及地区已走在世界前列。

美国政府对燃料电池汽车的研制及应用非常重视。2002年1月9日，美国能源部提出Freedom CAR（Freedom Cooperative Automotive Research）计划，支持新能源汽车的研究开发。该计划2003年由美国联邦政府投资15 029.6万美元，其中燃料电池5 000万美元（占33.27%），氢能设施2 582万美元（占17.18%），两者之和占总投资的50%以上。2003年2月，美国布什总统向国会提出[1]“自由燃料”计划，他在对此计划发表的公开讲话中指出：“我要国会花费12亿美元的国家投资给氢燃料电池小客车项目，使它能从实验室走向售车展示室。我们希望看到，今天诞生的小客车将属于今天诞生的儿童，他/她所开的一辆车将是一辆由氢驱动而无污染的车。”

日本对燃料电池领域的研究也较为领先。由于其国内资源缺乏，早在1971年，日本政府就将电动汽车的研究和发展列入通产省的研究计划，并给予大力支持。自1981年起，日本政府即开始支持燃料电池商业化，在通产省开始实施“月光工程”。这是一项高效能源发展计划，在之后的17年中共投入5.2亿美元。1993年，“月光工程”和其他一些环境和能源项目合并，统称为“新阳光计划”。日本还从1997年开始制订“清洁能源汽车开发计划（ACE）”，决定开发旨在显著提高燃油经济性的混合动力与清洁能源相组合的新一代汽车动力；2003年又投资l10亿美元，推出开发氢能的“WE—NET”计划。为促进氢能实用化和普及、完善汽车燃料供给体系，日本政府于2005年推动完成了燃料电池汽车的公路行驶验证、氢气站验证、住宅用和业务用燃料电池验证，全国现已建成大量加氢站。此外，日本政府还计划逐渐扩大燃料电池车的市场规模，力争到2030年，使燃料电池汽车数量达到1 500万台，固定装置燃料电池发电能力达到1 250万千瓦[2]。目前，日本的燃料电池技术开发以及氢的制造、运输、储藏等方面的技术已基本成熟。

2003年，欧盟发布了氢发展构想报告和行动计划，计划在4年内投资20亿美元，并到2030年使氢燃料车的比例达到15%，2040年至少翻一番，并创立欧洲氢燃料电池合作组织。其中，“欧洲清洁城市运输项目计划（CUTE）”投资1 850万欧元，用来进行大规模的燃料电池公共汽车示范试验。参加这个项目的有9个国家、13个大城市、40个企业及31辆燃料电池公共汽车。从2002年6月到2006年7月，欧洲研究人员长期进行证实性产品生命周期分析和对氢燃料供应设施建设的运用验证，应用多种不同的氢加注装置，为今后实用化做准备。欧盟在发展燃料电池汽车方面也提出了极富竞争性的“明日汽车”计划，以2003—2005年为目标，由汽车公司、汽车零部件公司、能源行业和化工行业等共同进行低排放车辆、零排放车辆的开发，其中包括车用动力电池和燃料电池在内的先进动力系统和与此相关的重要技术（如电子技术、轻量化材料、控制技术）的开发。

我国在燃料电池汽车研发方面的主要成绩包括以下几方面。

“超越系列”——以同济大学为主要科研力量自主研发的“超越一号、二号、三号”燃料电池轿车，其主要性能指标已直逼国际先进水平。2008年8月，20辆由同济大学等单位完全自主研制的第四代氢燃料电池汽车穿梭于奥运赛场和各宾馆之间（续航里程达300多公里，最高速度达140～150 km/h），同时也成为首批获得国家上路许可证的燃料电池汽车，如图1−1（a）所示。

“清能系列”——在“十五”期间，清华大学研制了“清能一号、二号、三号”燃料电池城市客车，已经过三万公里的道路考核试验，其燃料经济性大大优于国际主流车型。在“十一五”期间，清华大学燃料电池城市客车项目组联合多家零部件单位，与北汽福田汽车股份有限公司一起进行科技攻关，成功研制了3辆拥有完全自主知识产权的新一代燃料电池城市客车，并参加了奥运节能与新能源汽车示范运行交车仪式。

“楚天一号”——武汉理工大学与东风汽车公司联手，历时两年，于 2004年年底成功研发出以25 k W氢燃料电池作为动力的轿车。之后该车的燃料电池发动机在同济大学国家定点实验平台进行了全面测试，主要性能指标均达到设计要求。

“凤凰”氢燃料电池样车——上海通用泛亚汽车技术中心以GL8公务商用车为原型，研发出一款燃料电池样车。

国家科技部及各地政府十分支持新能源汽车的示范推广。除2008 年北京奥运会期间燃料电池汽车的试运行外，2010年世博会期间，上海政府投入1 147辆新能源汽车为游客提供交通服务。其中，园区内纯电动公交客车120辆、超级电容公交客车61辆、燃料电池公交客车6辆、燃料电池观光车100辆（图1−1（b））、纯电动观光车130辆、纯电动场馆车140辆，园区外燃料电池轿车90辆、公交客车150辆、混合动力出租车350辆。这是目前世界上规模最大、种类最多、强度最大、最集中的新能源汽车示范活动。所有的新能源汽车在世博会期间示范运行良好，成功实现了“园区内公共交通零排放，园区外公共交通低排放”的目标。

图1−1 燃料电池汽车（图中所示车型均由同济大学等单位研发）

我国氢能及燃料电池汽车技术研发工作自2001年国家“863”电动汽车重大专项项目启动以来，通过国内研究单位的协作努力，在技术标准、材料、基础设施、燃料电池堆、整车集成以及其他关键总成技术等方面都取得了阶段性进展。目前国内已有多家企业与联合国发展计划署（UNDP）和全球环境基金（GEF）合作，开展燃料电池大客车的公交路线试验运行。但目前我国的氢能和燃料电池汽车技术水平仍处于日本、加拿大、美国、德国之后的第二行列，研发工作还需要进一步加强。