2021-toyota-mirai

1、燃料電池

燃料電池理論上可在接近100%的熱效率下運(yùn)行，具有很高的經(jīng)濟(jì)性。目前實(shí)際運(yùn)行的各種燃料電池，由于種種技術(shù)因素的限制，再考慮整個(gè)裝置系統(tǒng)的耗能，總的轉(zhuǎn)換效率多在45%-60%范圍內(nèi)，如考慮排熱利用可達(dá)80%以上。

根據(jù)電解質(zhì)類型的不同，當(dāng)前燃料電池主要分為以下7種：質(zhì)子交換膜燃料電池（PEMFC）、甲醇燃料電池（DMFC）、磷酸鹽燃料電池（PAFC）、堿性燃料電池（AFC）、熔融鹽燃料電池（MCFC）、固體氧化物燃料電池（SOFC）和陰離子交換膜燃料電池。

從實(shí)際應(yīng)用情況觀察，質(zhì)子交換膜以其功率密度大、重量輕、體積小、壽命長(zhǎng)、工藝成熟、可低溫下快速啟動(dòng)等突出優(yōu)點(diǎn)，被認(rèn)為是車用燃料電池的理想型技術(shù)方案，也是當(dāng)前應(yīng)用廣泛且較為成熟的技術(shù)路徑，近3年全球裝機(jī)量占總裝機(jī)量的比重穩(wěn)定保持在75%以上。

質(zhì)子交換膜氫燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)，濰柴巴拉德

2、動(dòng)力電池

4、高壓儲(chǔ)氣罐

5、動(dòng)力控制裝置

燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)管理系統(tǒng)按整車控制器的功率設(shè)定值控制燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)的功率輸出，監(jiān)測(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)的工作狀態(tài)，保證發(fā)動(dòng)機(jī)穩(wěn)定可靠地運(yùn)行，同時(shí)進(jìn)行故障診斷及管理。

系統(tǒng)具體組成包括供氫系統(tǒng)、供氧系統(tǒng)、水循環(huán)及冷卻系統(tǒng)。

蓄電池管理系統(tǒng)分上下兩級(jí)，下級(jí) LECU 負(fù)責(zé)蓄電池組電壓、溫度等物理參數(shù)的測(cè)量，進(jìn)行過充電過放電保護(hù)及組內(nèi)組間均衡；上級(jí) CECU 負(fù)責(zé)動(dòng)力蓄電池組的電流檢測(cè)及剩余電量（SOC）估算，以及相關(guān)的故障診斷，同時(shí)運(yùn)行高壓漏電保護(hù)策略。

動(dòng)力控制系統(tǒng)包含 DC/DC 轉(zhuǎn)換器、DC/AC 轉(zhuǎn)換器、 DCL 和空調(diào)控制器及空調(diào)壓縮機(jī)變頻器，以及電機(jī)冷卻系統(tǒng)控制器。

DC/DC 轉(zhuǎn)換器和 DC/AC 轉(zhuǎn)換器的作用如前所述，DCL 負(fù)責(zé)將高壓電源轉(zhuǎn)換為系統(tǒng)零部件所需的 12V/24V 低壓電源，電機(jī)冷卻系統(tǒng)控制器負(fù)責(zé)電機(jī)及PCU 的水冷卻系統(tǒng)控制。

整車控制系統(tǒng)的核心是多能源控制系統(tǒng)（包括制動(dòng)能量回饋功能），它一方面接收來自駕駛?cè)说男枨笮畔ⅲㄈ琰c(diǎn)火開關(guān)、加速踏板、制動(dòng)踏板、檔位信息等）實(shí)現(xiàn)整車工況控制；另一方面基于反饋的實(shí)際工況（如車速、制動(dòng)、電機(jī)轉(zhuǎn)速等），以及動(dòng)力系統(tǒng)的狀況（燃料電池及蓄電池的電壓、電流等），根據(jù)預(yù)先匹配好的多能源控制系統(tǒng)進(jìn)行能量分配調(diào)節(jié)控制。

因此，氫燃料電池車依靠氫發(fā)電，再通過車內(nèi)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)汽車行進(jìn)。

氫能具有節(jié)能環(huán)保、低碳高效等特點(diǎn)，氫燃料電池車與現(xiàn)有能源車型相比，在安全性、補(bǔ)能效率、續(xù)航里程、低溫啟動(dòng)、能量轉(zhuǎn)換效率、回收和排放等方面具備一定的優(yōu)勢(shì)，未來有望迎來大規(guī)模市場(chǎng)推廣。

（1）成本一方面來源于車輛購置成本高

以長(zhǎng)安汽車為例，其新車型深藍(lán)SL03提供純電動(dòng)、增程式和氫燃料三種型號(hào)，價(jià)格分別在20萬元、17萬元和70萬元，由此可見同一車型，氫燃料版本價(jià)格遠(yuǎn)高于其他車型。

根據(jù)測(cè)算，車輛購置成本較高的主要原因在于核心部件燃料電池電堆的制造成本較高，燃料電池電堆成本占整車成本超60%，電堆中的質(zhì)子交換膜、催化劑和氣體擴(kuò)散層等核心原材料的國產(chǎn)化進(jìn)程緩慢，大部分產(chǎn)品仍依靠國外進(jìn)口，伴隨著國內(nèi)廠商技術(shù)突破帶動(dòng)國產(chǎn)替代，未來成本有望逐步下探。

制氫層面，現(xiàn)階段傳統(tǒng)煤制氫對(duì)環(huán)境污染較高，工業(yè)副產(chǎn)氫以及更先進(jìn)的電解水制氫成本較高。

氫儲(chǔ)運(yùn)層面，傳統(tǒng)20MPa氣氫貨車托運(yùn)模式難以滿足大需求、長(zhǎng)距離運(yùn)輸，國際先進(jìn)水平通常采用50MPa高壓儲(chǔ)氫方式，未來液氫運(yùn)輸和管道運(yùn)輸更易滿足長(zhǎng)距離、大容量運(yùn)輸需求。

氫加注層面，目前單個(gè)加氫站的建設(shè)成本是相同規(guī)格加油站的2-3倍。加總看，目前價(jià)格較低的案例有張家口望山的電解水制氫一體站，加氫協(xié)議價(jià)為30元/kg，較高的案例有上海的外供氫加氫站，價(jià)格在60-70元/kg。相比于目前燃油與充電價(jià)格，未來仍有較大的下降空間。

在《新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃（2021-2035年）》中，國家明確指出要有序推進(jìn)氫燃料電池汽車供給體系建設(shè)，包括提高氫燃料制儲(chǔ)運(yùn)經(jīng)濟(jì)性和推進(jìn)加氫基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)。

此外，財(cái)政部、工信部、科技部和發(fā)改委于2020年聯(lián)合發(fā)布《關(guān)于完善新能源汽車推廣應(yīng)用財(cái)政補(bǔ)貼政策的通知》，指出將當(dāng)前對(duì)燃料電池汽車的購置補(bǔ)貼，調(diào)整為選擇有基礎(chǔ)、有積極性、有特色的城市或區(qū)域，重點(diǎn)圍繞關(guān)鍵零部件的技術(shù)攻關(guān)和產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用開展示范，中央財(cái)政將采取“以獎(jiǎng)代補(bǔ)”方式對(duì)示范城市給予獎(jiǎng)勵(lì)。

當(dāng)下，燃料電池電堆中的核心零部件已逐步實(shí)現(xiàn)國產(chǎn)替代，伴隨著國內(nèi)企業(yè)技術(shù)突破以及產(chǎn)品體量逐漸規(guī)模化帶來的降本效果，未來成本有望逐步下探，推動(dòng)市場(chǎng)化應(yīng)用。

來源：白云新能源