燃料电池电动汽车发展现状与前景

燃料电池电动汽车发展现状与前景

随着社会的进步和人员移动性增强，全球汽车需求

量快速增长，迄今世界上的汽车保有量达到创纪录的10 亿

辆以上且还在不断大幅增长，使得基于传统的内燃机

Internal Combustion Engine ，ICE )汽车的轻量化与节能减排等技术进步难以降低汽车燃料的消耗和减少污染物的排放。2020 年之前温室气体(Greenhouse Gas ，GHG) 排放在1990 年水平基础上下降20% 的任务日益艰巨。如果再不采取有效措施，公路交通运输车辆的GHG 温室气体排放将会持续不断增长。通过研讨纯电动汽车( Battery Electric

Vehicle ，BEV ）、混合动力汽车（Hybrid Electric Vehicle HEV )、或燃料电池电动汽车( Fuel Cell Vehicles ，FCVs ；

Fuel Cell Electric Vehicles ，FCEVs ）等多种类型的电动汽车( Electric Vehicle ，EV )技术[3-5]有望明确实现节能减排

的理想途径。自1966 年通用汽车推出了世界上第1 款燃料电池电动汽车GMC Electrovan ，尤其是本田在1999 年推出了世界上第1 台商用的燃料电池电动汽车FCX-V4 以来，世界上EV 电动汽车型号不断丰富和租赁销售量明显增长，太、北美和欧洲成长为全球EV 电动汽车重要的新车研发制造和租赁销售市场，2014 年全世界的EV 电动汽车销售量达到34.6 万辆以上，年增长率达到86% 。

燃料电池是一种高效、清洁的电化学发电装置，近年来

得到国内外高度重视，成为最被看好的可用于替代汽油和柴 油等传统的 ICE 内燃机发动机技术的先进新能源汽车技术。

日本政府希望其到 2020 年的 FCVs 燃料电池汽车销量达到

500 万辆，再通过 10 年的研发推广实现全面普及 FCVs 燃 料电池汽车。 美国政府在 2003 年投入 12 亿美元大力推进氢 技术和燃料电池技术，其中重要项目之一就是美国能源部

Department of Energy ， DOE ）在北加州、南加州、密歇

展的氢技术和基础实施验证与示范综合工程，吸引了

Hyundai-Kia/Chevron 、 DaimlerChrysler/BP 、 Ford/BP 和 GM/Shell 等多家汽车制造 /能源供应商参与。

美国能源部大力推进氢经济和燃料电池技术，尤其是商

业化推广应用方面取得显著进展，比如目前高容量和低容量 燃料电池制造成本分别为 55 美元 /kW 和 280 美元 /kW[6] ， 汽车燃料电池 2014 年的制造成本自 2006 年下降 50% 并自

2008 年以来进一步下降 30% 以上（基于高容量电池制造） 这必将带动创造工作岗位、投资机会和可持续、安全的能源 供应。为了在 2020 年前争取把欧盟建立成一个具有全球领 先水平的燃料电池 （Fuel Cell ，FC ）系统和氢能源 （Hydrogen Energy ，HE ） 经济的巨大市场，欧盟高度重视燃料电池技术 和氢能源技术并把之视作能源领域的战略高新技术大力推

根州东南部、大西洋区中部和佛罗里达州中部等

5 个区域开 f It

步

进。中国政府高度重视FC 燃料电池和FCVs 燃料电池电动

汽车技术，作为国家“ 863”重大科技项目予以重点研发，北

京公交示范、北京奥运会和上海世博会示范运行了我国自主

研发的燃料电池客车与轿车。目前通常认为，FCVs 燃料电

池电动汽车技术可显著减少GHG 温室气体排放，成为新

代汽车的主要发展方向。

、电动汽车发展趋势现代电动汽车一般可分为3 类：

BEV 纯电动汽车、HEV 混合动力汽车、FCVs 或FCEVs 燃

料电池电动汽车。近年来在常见的HEV 混合动力汽车基础

上，又派生出一种插电式混合动力电动汽车(plug-in hybrid electric vehicle ，PHEV) 。

法国人Gustave Trouv e于1881年11月巴黎国际电气

博览会上推出第1 款BEV 纯电动汽车，采用的是铅酸电池供电的的直流

电动机驱动的三轮电动汽车，较低的行驶速度

15km/h )和较短的续驶里程(16km) 的早期EV 电动汽车难

以激发潜在的用户。在发展至今的100 多年历史中，目前仅

只有主要汽车制造商生产的几款BEV 纯电动汽车。可是，

几乎所有厂商均拟在近年发布新款BEV 纯电动汽车。虽然

早在20 世纪90 年代就有多款BEV 纯电动汽车，但是由于高昂的售价

和有限的续航里程等制约因素所致均未能量产商用。目前发布的BEV 纯电动汽车款式主要有：美国通用汽车公司Chevrolet Volt 、美国福特公

司Focus Electric 、日

本三菱汽车公司Mitsubishi i-MiEV 、日本尼桑公司的Nissan

Leaf 、德国戴姆勒集团的Smart Fortwo electric drive (or

Smart ED）、美国特斯拉公司的Tesla Roadster 全球首款量

产版电动敞篷跑车和中国比亚迪汽车BYD e6 等。国内外代

表性BEV 纯电动汽车性能参数见表 1 。*1 美元=6.2065 人民币汇率计算确定BEV 纯电动汽车具有减少GHG 温

室气体排放和降低燃油成本等优势而被用户接受，但其性价比一直远低于传统的ICE 内燃机汽车。即使随着高性能锂离

子电池的研发和性价比不断提升，预计未来5〜10年内市场

上可能会出现最高车速》100km/h续驶里程》250km的高性

能纯电动汽车，从现在开始的未来10 年，BEV 纯电动汽车占全美汽车销量仍将不到1% 。

早期的混合动力电动汽车的制造是为了辅助那时功率

偏小的ICE 内燃机汽车，或是为了增进EV 电动汽车的续驶内燃机汽车相竞争。随着燃料油的消耗不可持续和节能减排任务日益迫切，HEV 混合动力汽车成为各大汽车制造商研发的重点之一和目前制造销售最多的EV 电动汽车。混合动力电动汽车是指至少采用2 种不同类型的动力源的电动汽车，目前通常指综合运用ICE 内燃机和电池电动机（有时还采用

里程，即使是这样仍难以与汽油发动机已获重大改进的ICE 个以上电池电动机）的电动汽车。日本丰田公司的“先驱者”

Prius ）混合动力汽车和本田公司的Insight 与Civic 混合动