『燃料电池』卡车用燃料电池系统技术发展现状
作者 | 杜超（大连擎研科技有限公司）
来源 |《探索与观察》、氢云链
卡车用燃料电池系统是目前国内交付量大的燃料电池产品 ， 也是燃料电池系统中核心的研究领域 。 根据国内相关专利分布的研究可知 ， 目前国内的卡车用燃料电池系统相关的专利仍集中在国外企业 ， 其专利分布是以系统和其控制方法相关的研究多 ， 其次是燃料电池电极以及电堆相关的研究 。 随着国内对于燃料电池行业的关注度的提升 ， 国内卡车用燃料电池的技术研究也不断发展 ， 未来仍需在加大产品功率、提升产品可靠性和降低产品成本方向上加大开发力度 ， 推动燃料电池行业的持续发展 。
1、我国燃料电池卡车行业发展现状
目前每年的汽车尾气排放中 ， 卡车的NOX以及PM排放量均高居榜首 。 2018年环保局数据统计数据显示 ， 全部卡车的NOX和PM排放量占总排放量的84%和78% ， 特别是重卡 ， 在这两个方向上均为主要的污染源 。 因此 ， 为完成2030年的减排指标 ， 卡车行业的节能减排势在必行 ， 纯电动重卡、燃料电池重卡、甲醇重卡这些细分市场逐步兴起 。 从2013年开始 ， 新能源卡车市场销量逐渐上升 。 从2013年全国仅不足2000台的销量一直到2017年的年销量突破15万 ， 但由于补贴政策的退坡 ， 对于该领域也有一定影响 ， 2018年市场销量下降至11万辆 。
随着新能源卡车市场的不断升温 ， 燃料电池卡车由于其节能环保、系统效率高、续驶里程长等优势 ， 也成为了各企业关注的产品开发方向 。 从2016年开始燃料电池卡车行业的卡车销量呈上升趋势 ， 但却并不稳定 ， 特别2018年的交付量较低 ， 整体行业受产业政策和地方政府驱动方案影响较大 。 其中主要的生产厂家为中通客车、东风汽车和上汽大通 。
截至到2019年9月 ， 已经有9家车企的34款氢燃料电池卡车进入了推荐目录 ， 其中东风、中通的车型分布多 ， 分别占50%和14% ， 但这些车型大多未形成持续的销售订单 ， 这与燃料电池系统技术更迭和国家补贴政策的变化均有关联度 。 而推荐目录中的车型主要以7-9吨的中卡为主 ， 占所有车型的97% ， 而燃料电池系统的额定功率大多在30kW ， 占全部车型的73% 。 随着技术的不断进步以及补贴政策要求的提升 ， 系统功率也在逐渐提升 ， 从2018年开始已经逐渐向60kW系统提升（图1） 。
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图1 公告目录车型参数分类
2、卡车用燃料电池系统技术发展现状
对卡车用燃料电池系统相关专利进行检索 ， 其中主要的专利申请人为现代自动车株式会社和起亚自动车株式会社 ， 两个申请人的专利占整个专利的数量的60%以上 ， 对目前国内的卡车用燃料电池系统相关专利进行方向分析 ， 其主要涉猎的技术领域如图2 ， 其中燃料电池系统以及控制相关的专利数量多 ， 其次为燃料电池电极和电堆的相关研究 。
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图2 卡车用燃料电池机车相关专利分布
在上述专利中选取典型的专利进行分析：
CN110190299A描述了一种丰田汽车公司开发的燃料电池系统及控制方法 ， 其主要有燃料电池系统、燃料气体供给系统、氧化剂气体供给系统、电力控制系统和发电控制系统以及负载 。 其中主要的结构设计即为燃料气体供给系统中的高压、中压以及低压燃料气体供气管路的设计 。 其中高压燃料气体管路中利用喷射器对燃料气体的压力与流量进行调节并向下游喷射 。 而在低压燃料气体管路中则采用回流泵将将反应气体重新送至燃料电池系统入口 ， 以提升氢气利用率 。
CN109904509A本描述了现代汽车开发的一种燃料电池堆及其组装方法 。 相对于传统的利用螺栓或者利用螺杆和螺母将紧固带组装至端板上的组装方式 ， 本专利中所描述的组装方式是利用保护燃料电池的封闭件对燃料电池进行加压和密封 ， 从而可减少组装程序和组装组件 。
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