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燃料电池汽车发展的研究与分析

    清洁能源利用和开发的升温使得燃料电池汽车逐步成为世界各国关注的热点。与以前相比，欧美日各国的进步不仅体现在技术和工业上，而且体现在主流市场的发展上，一些燃料电池研发的主力城市，如：柏林、纽约、旧金山、东京等，都已不再一味坐等政府指示，而开始专心打造自己的发展路线。这些城市将燃料电池和氢经济看作是改善环境和经济的机会，积极鼓励推进燃料电池汽车的发展。
    1 技术类型和燃料选择
    国际市场上一直在探讨燃料电池汽车的价值和问题所在，最令大家关注的是车载氢气的存储形式、燃料电池汽车的功率、续驶里程及基本驾驶质量。燃料电池汽车的发展一开始就依赖质子交换膜（PEM）燃料电池堆。事实上，德国所有的燃料电池汽车都选择应用压缩氢气和PEM电池堆。尽管通用汽车公司在Hydrogen 3上依然使用液态氢，但也已经开始酝酿使用压缩氢气，这是企业弱化使用液态氢的一个信号。
    压缩技术水平的提高是使用气态氢的分水岭。新技术领域中，1万psi氢气存储系统的发展为燃料电池汽车提供了足够的车载氢气，是汽车获得可接受续驶里程的关键。与传统的5000 psi电池系统相比，1万psi的氢气存储量增加70%。在2004年只有Paul Scherer Institute和铃木汽车公司两家机构应用1万psi的燃料电池系统。尽管到2005年，只有不到1/10的新燃料电池汽车应用这种高压存储系统，但今后其使用率会显著增加。
    同时，混合动力燃料电池汽车也已经有所发展，现在燃料电池汽车中有30%为混合动力汽车。混合动力燃料电池汽车的优点在于行驶里程更远、燃料经济性更好，其缺点是增加了汽车的复杂性和成本。
    2 各地区的发展和应用情况
    由于燃料电池汽车具有环保意义，因此各大汽车制造商都在寻找检验产品并最终投放市场的途径。图1是对燃料电池汽车发展情况的统计。

    通过上图可以预测欧洲和日本是未来燃料电池汽车发展实力最强的地区。但调查发现燃料电池汽车应用最多的地区却是在北美（包括美国和加拿大），占全部汽车数量的55%（见图2）。2005年北美汽车市场上充斥着戴克汽车公司的FCells;福特汽车公司的Focus以及通用汽车公司的Hydrogen 3,几乎没有日本汽车。
    3 主要制造商现状分析
    燃料电池汽车的市场化仍需要时间，一些公司认为要到2020年才能实现。将概念车和汽车模型转变为实际用车还需要各广商的共同努力。尽管燃料电池技术尚不成熟，但各大主要汽车制造商仍然制定了生产燃料电池汽车的周密计划：戴克汽车公司已经投人生产60辆；通用汽车公司计划到2008年生产40辆；福特汽车公司计划到2006年末生产40辆；本田汽车公司现阶段已生产18辆；大众汽车公司到 2005年末已生产巧辆；现代-起亚汽车公司到2005年末已生产5辆。
    3.1欧洲
    戴克汽车公司是世界上最大的燃料电池汽车厂商之一，从1994年开发的第一辆燃料电池汽车NECAR到最近亮相的新车，戴克公司在A级F-Cell燃料电池汽车继续进行道路试验的同时，又开发了B级F-Cell汽车。新车采用巴拉德的燃料电池先进技术，通过减少燃料消耗、增加车载储氢量使续驶里程增加到400 km（在原始NECAR基础上增加了260 km）。
    大众汽车公司通过依赖自身条件并吸收其它制造商的经验开发了HyMotion。在研究探索氢燃料电池的同时，还积极开发生物燃料项目。
    3.2美国
    福特汽车公司是巴拉德的另一个主要汽车合作商，它继续2004年的技术路线，采用氢内燃机和Model-U型流行款，深受美国人的喜爱。福特于2005年开发了Focus燃料电池汽车，在此之前福特进行了多次的路面试验，包括加利福尼亚、范库弗峰和CEP柏林项目。
    通用汽车公司在欧宝Zafera的基础上开发了Hydrogen 3，其应用的新型滑板底盘最先出现在Hy-Wire线传操控燃料电池车）上，燃料电池驱动系统由电池组产生电力，电池组由200块相互串联在一起的燃料电池单体组成，通过68 L的氢气储存罐向燃料电池堆提供氢气。其0~100 km的加速时间约为16 s，最大时速达到160 km。一次充气续驶里程可达400 km。在对Hydrogen 3进行日常性能试验的同时，通用汽车公司还在开展更多的创造性研究，从2005年开始开发压缩氢存储系统，并在车展上展出了新燃料电池概念车Se-quel。Sequel使用了通用汽车最新一代氢燃料电池和线传操控电子控制技术，是目前全球燃料电池车中扭矩最大的车型。
    3.3日本

    丰田汽车公司的混合动力汽车Prius在海外市场占尽先机，却并没有忽视对燃料电池汽车下一代清洁汽车的开发及商业化研究。氢燃料电池汽车被丰田看作是环保汽车的最终目标，在世界范围内运行的由该公司生产的示范车已经超过20辆。现在日本和美国接受路上测试的FCHV-5是丰田汽车公司于2001年生产的第5代燃料电池汽车。
    本田汽车公司开发出了先进，的燃料电池汽车Honda-FCX。该车装有86 kW的PEM电池，是唯一一辆通过美国环境保护局（EPA）和加州大气资源委员会（CARB）鉴定的零排放燃料电池汽车。本田公司计划在美国将FCX出租给个人，以促进新车更快地进人市场。
    日产汽车公司在2004年借“必比登”挑战赛之际，首次在中国展示燃料电池汽车X-Trail，现正采用租赁的方式进行市场试验。2005年2月，日产公司宣布研制成功其首个作为燃料电池汽车动力装置的燃料电池组，新开发的电池组比现有供应商提供的电池组体积更小、动力更充沛，只用60%的体积就能提供相同的功率。同时研制成功了新的高压氢气存储系统，尽管气缸体积没有变化，但压强从原来的35 MPa扩大到现在的70MPa，氢气存储能力增加了30%，大大提高了燃料电池车的续驶里程。
    3.4中国
    北京富源燃料电池公司很多年前就开始研究轻型汽车PEMFC技术，1998年联合清华大学汽车工程学院开发出中国第一辆燃料电池汽车，在高尔夫球场车上安装5kW的燃料电池堆。1999年与清华大学合作开发出燃料电池乘用车。最近清源公司正在研发测试1440kW的车用PEM燃料电池。
    上海神力科技有限公司成功研发出三代轿车和城市客车用燃料电池发动机，并分别安装在同济大学的“超越一号”、“超越二号”、“超越三号”燃料电池轿车与清华大学的“氢能一号”、“氢能三号”等燃料电池城市客车上。通过部分示范运行表明，其研制的燃料电池发动机完全达到车用燃料电池发动机要求。2005年2月，上海神力研制的绿色燃料电池游览车开始投人试运行，总行驶里程达1.2万km，无故障运行时间达2000 h之多，这在中国尚属首次。目前上海神力已生产销售了多辆燃料电池游览车。
    4 政策扶植情况分析
    政府的支持力度很大程度上取决于燃料电池汽车技术的全球化，在政策扶植方面欧洲的前景堪忧，尽管发展很快，却很少得到政府的支持。欧洲非常缺乏基于可再生性的氢能相关扶持政策，因而在德国、西班牙、丹麦等国家的新能源产品缺乏有力保障。欧洲最大的燃料电池轻型汽车示范项目（清洁能源合作项目）仍然在柏林，使用戴克和通用汽车公司生产的汽车。欧洲汽车的发展是全球最领先的，但缺少国内示范项目的开展，并且这种现象仍在继续。
    美国以能源部为首，大力研制和推广使用燃料电池，并将燃料电池技术列为涉及国家安全的技术之一。同时，能源部还与美国三大汽车制造商通用、福特和戴克汽车公司联合开发燃料电池汽车。发展氢能和燃料电池技术最活跃的地区是加州，美国在加州成立了燃料电池汽车合作项目（CaFCP），该合作组织正推出一项新汽车技术，它可以推动世界解决环境问题。现在美国已经有7个州加人了零排放计划，该计划规定了年限，届时，该地区销售的汽车必须为零排放，即只能为纯电动汽车和燃料电池汽车。这7个州分别是：康涅狄格州、缅因州、马萨诸塞州、新泽西、纽约、罗德艾兰州和佛蒙特州。
    日本在努力发展氢经济方面是最具影响力的国家之一，日本政府对新能源开发和利用的态度一直是非常明确和坚定的。日本积极实施相关政策促进燃料电池汽车的研发，不仅表现在技术上，而且体现在产品计划上。日本政府承诺签署到2010年减少6%温室气体的目标草案，并且需要维护本国高新技术形象和经济两方面超级强国的地位。
    中国是燃料电池汽车发展的另一个重要市场，中国政府在这方面的投人也在加大。燃料电池在中国发展的动因来自于中国急需解决因私人用车、公共汽车、汽油燃料自行车、小型摩托车等废气排放所造成的空气污染，特别是应对北京2008年奥运会的到来。随着奥运会的临近，与通用汽车等跨国公司合作的加强，相信中国将会拥有相当数量的燃料电池汽车。
    5 结语
    世界各大汽车公司都在向消费者展示燃料电池汽车的初步成果，但大部分制造商并不急于发布新车，而是集中精力收集和比较汽车试验数据，将其反馈到设计师手中，期待更完善的燃料电池汽车出现。