FC EXPO 2019(氢气与燃料电池展,日期:2019年2月27日~3月1日,地点:东京BigSight国际展示中心)以《整车厂在实际应用和普及FCV时采取的措施和战略》为题的专业技术研讨会上,6家整车厂介绍了为普及FCV和氢气基础设施所采取的措施。本报告将介绍演讲主要内容、以及各整车厂的FC业务近期动态。

各整车厂在制定集团中长期电动化战略时,根据车辆尺寸和行驶里程,根据EV领域、HV/PHV领域和FCV领域各自的特点展示了电动车的投放计划。此次研讨会上进行演讲的整车厂都致力于下一代零排放车(ZEV)的EV(BEV)与FCV(FCEV)两方面的开发。
续航里程不亚于汽油车的FCV计划从乘用车领域扩大至商用车领域,将首先推动提高乘用车的燃料电池技术性能、降低成本,同时普及氢气消耗量较多的商用车,以扩大对氢气的需求,促进基础设施的完善。氢气技术还将应用至汽车以外的多种移动工具,例如叉车等工业设备、铁路、船舶、飞机、无人机等,扩大燃料电池堆的多用途应用。

各整车厂持续开发FCV的背景相同,随着全球环境法规越来越严格,FCV被视为可持续发展的终极清洁车辆。但FCV销量最多的丰田MIRAI在全球累计销量也只有7,700辆左右(2014年底~2018年底),仍十分有限,今后计划达成全球3万辆以上年销量,日本达成1万数千辆年销量。
从Well to Wheel(油井到车轮)角度考虑下一代汽车的环境对策时,通过利用可再生能源发电产生的电力为加氢站供电,利用只排放水的FCV,来解决可持续能源、温室效应对策(削减CO2)、大气污染对策(削减NOx等尾气排放)等问题。各整车厂介绍了采取的各种措施,并表示为了普及FCV和氢气基础设施,需要官民合作,以及与其他企业的合作。

通过整车厂之间的合作和官民合作普及FCV和氢气基础设施

引领FCV(FCEV)市场的日韩整车厂从90年代起着手研发FCV。FCV的量产车中,现代Tucson FCEV(2013年)、 丰田MIRAI (2014年)、 本田Clarity Fuel Cell (2016年)、 现代NEXO (2018年)、 梅赛德斯奔驰GLC F-CELL (2018年)已投放市场,但各款车型全球累计销量仍停留在数千辆,销量最多的MIRAI也只销售了约7,700辆(截至2018年12月底)。但是,随着全球环境法规的日趋严格,各整车厂都把FCV视为可持续发展的终极清洁车辆,与EV(BEV)一起作为下一代零排放车辆(ZEV)开展研发。

降低FCV的成本、就开发FC技术开展合作

普及FCV的条件是降低其成本,各整车厂介绍了共享EV/PHV/HV等电动车零部件(PCU、电机、电池)、通过整合功能改良燃料电池(FC)堆、确立提高生产效率的量产技术等采取的措施及问题。

此外,在普及FCV方面,通过与其他公司的合作,可促进FC技术的开发,从而产生量产效应,本田与通用介绍了合作相关内容。

整车厂之间FC业务方面的合作
本田/通用 2013年7月,签署FC系统的共同开发合同
2017年1月,宣布成立制造FC系统的合资公司 丰田/宝马 2013年1月,包括共同开发FC系统在内,签署合同,合作开发新能源车和环保技术
2017年3月,宝马集团宣布计划2021年投产FCV 现代/奥迪 2018年6月,宣布在FC技术领域开展合作 戴姆勒/福特/雷诺日产 2013年1月,戴姆勒、福特、日产三方签署共同开发共享FC系统的协议
2018年6月,雷诺日产联盟宣布冻结与戴姆勒和福特共同开发FCV的商用计划,将把经营资源集中至EV。
2018年6~7月,关闭开发FC技术的戴姆勒、福特、Ballard的合资公司Automotive Fuel Cell Cooperation (AFCC,加拿大Burnaby)。Ballard收购该公司的资产,戴姆勒与福特将燃料电池堆的开发转移至旗下基地。

出处:根据各整车厂资料、各类报道制作

完善加氢站

氢气基础设施的完善离不开官民合作,在日本,2018年2月由汽车公司、基础设施从业人员、金融投资家等合作,全球首次成立日本加氢站网络共同公司( JHyM )。

由日本政府主导的氢气及燃料电池战略路线图(2016年3月修订版)中提出,2030年计划普及80万辆FCV,并相应地计划形成约900座加氢站。截至2020年,预计将形成4万辆FCV和160座加氢站。
该路线图还在2019年3月发布修订版,为上述2030年普及目标制定了新的行动计划。在氢气利用(移动工具)方面,提出2025年普及20万辆FCV、形成320座加氢站,降低FCV与HV的价格差距(300万日元→70万日元),削减加氢站建设和运营费(建设费3.5亿日元→2亿日元,运营费3,400万日元→1,500万日元)等目标。2025年起,为取得正式普及、大幅削减成本,将确立量产技术,推动彻底的法规改革。

国际方面,为实现氢气社会,2017年1月成立国际氢能委员会(Hydrogen Council)。虽然日本在完善氢气基础设施方面走在前列,但德国、英国、北欧各国、美国加州、韩国、中国等也在制定完善氢气基础设施的计划。在欧美,单辆车年行驶里程非常长,超过了1万km,因此如果能普及FCV,加氢站事业的利润率或将比日本更高。

戴姆勒:发售梅赛德斯奔驰GLC F-CELL,引进插电式混合动力技术

演讲主题:梅赛德斯奔驰GLC F-CELL燃料电池动力总成最新开发趋势和未来展望
演讲者:Christian Mohrdieck,Fuel Cell Director at Daimler AG and CEO of Mercedes Benz Fuel Cell GmbH

梅赛德斯奔驰 GLC F-CELL

戴姆勒于2018年11月发售FCV 梅赛德斯奔驰 GLC F-CELL 。初期计划在斯图加特、杜塞尔多夫,柏林,汉堡,法兰克福,慕尼黑,科隆等德国城市推进加氢站的完善,以租赁的形式提供给特定的客户。

Christian Mohrdieck 表示,考虑到加氢站仍较少的情况,梅赛德斯奔驰GLC F-CELL通过导入插电式混合动力技术,实现了EV行驶功能。基于燃料电池的续航里程为478km,氢气瓶容量为4.4kg,加氢时间约为3分钟。EV行驶续航里程为51km,电池容量为13.5kWh,充电时间为1.5个小时。

2个氢气瓶位于地板下(后方与中央通道部分),锂离子电池位于后方行李厢下。相比原先的内燃机(ICE)车设计无太大变动,保证车厢内座椅空间的同时,加氢口与充电口都设计在内燃机车加油口相同的位置。

燃料电池系统相比8年前为B-Class F-CELL配套的Sandwich Floor结构,电池组容量削减30%,缩小尺寸,与内燃机车一样,可配套于发动机舱内。通过整合结构件,削减零部件个数的同时,还提升了壳体的强度,提高了碰撞安全性和NVH性能。此外,还增加了冷却系统泵等电动车标准零部件,以削减成本。

燃料电池系统的今后开展

戴姆勒将燃料电池技术开发的全资子公司NuCellSys GmbH更名,2019年1月成立新公司Mercedes Benz Fuel Cell GmbH。NuCellSys自1997年起在德国莱朋的研发中心开展燃料电池系统的开发,梅赛德斯奔驰GLC F-CELL的样车也是在该中心制造的。GLC F-CELL的传动系统、储氢系统也在莱朋生产,车辆组装则在不莱梅工厂进行。

Christian Mohrdieck表示,今后将推动燃料电池的模块化,将应用范围从乘用车扩大至商用车 。未来还计划作为储备中心等的固定装置使用。FC的寿命计划从目前的6,000h扩大至乘用车8,000h,客车领域预计需要达到15,000h左右。

在回答梅赛德斯奔驰GLC F-CELL的产量相关问题时, Christian Mohrdieck表示,目前年产量只有 数千辆,将继续观察今后的需求变化,由于FCEV无法投放没有氢气基础设施的地区,因此除了技术问题以外,还有必要完善基础设施。


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奥迪:推进h-tron项目,2020年代量产FCV

演讲主题:The h-tron program - a Perspective on Audi's Fuel Cell Technology Development
演讲者:Juergen Jablonski, Fuel Cell Director Development, Audi AG

Zero Emissions

奥迪提出2025年销售的每3辆新车中就有1辆是电动车的Zero Emissions愿景。Zero Emission车方面,计划投放BEV“e-tron”和FCEV“h-tron”。 “e-tron”和“h-tron”都是市场需求较高的紧凑级跨界 SUV。BEV计划推出紧凑车、中型和全尺寸乘用车以及SUV,FCEV计划推出中型和全尺寸乘用车、SUV以及商用车, Juergen Jablonski表示,随着今后电池和燃料电池趋势的变化,情况也将有所变化

Audi h-tron项目

奥迪自2004年投放第1代FCEV奥迪A2 H2起,一直致力于FCEV业务。2016年底特律车展上展出的 奥迪h-tron quattro concept 是第5代FCEV,作为第6代量产车的第1阶段实车展示。预计将于2020年代初发布第2阶段实车(小规模生产)。

奥迪FCEV投放路线图
FCEV车型 里程碑 / 路线图 2004年 奥迪 A2 H2 2009年 奥迪 Q5 HFC 2011年 奥迪 Q5 HFC 2014年 奥迪 A7 h-tron 2016年 奥迪 h-tron quattro concept
Demonstrator 第5代
第1阶段 (沟通与视觉) 2020年代初 小规模生产 第2阶段 (视觉与体验) 第6代
第3阶段 (下线与市场渗透)

出处:根据FC EXPO 2019研讨会资料制作

FCEV开发与今后开展

奥迪与现代汽车集团签署了燃料电池技术相关互相许可协议,与Ballard共同推进燃料电池堆的开发。在奥迪h-tron中积累的技术将应用至包括商用车在内的大众集团所有车辆。 Juergen Jablonski表示,除了与合作伙伴的合作以外,还将推出大众集团旗下多各品牌的各种车型的 FCEV版本,从而扩大生产规模,以降低成本、渗透至市场。在回答环节, Juergen Jablonski表示,计划每年规模化生产 10万辆左右FCEV。

奥迪还致力于利用可再生能源生产燃料的业务,目前在德国Werlte工厂制造氢气。


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通用:将燃料电池技术应用至海陆空,与本田推动FC系统的开发

演讲主题:Future Cell Commercialization at General Motors
演讲者:Todd W. Huston, Assistant Chief Engineer, Fuel Cell System, GM Global Fuel Cell Business


通用宣布,2023年为止计划投放20款EV或FCV。此次研讨会上, Todd W. Huston表示,实现通用零事故战略“ Zero crashes, Zero emissions, Zero congest”的关键技术是电动化,将在电池与燃料电池两方面推动技术开发。

GM HYDROTEC

通用的燃料电池技术研发历史长达50多年,除了卡车等商业领域以外,还在军事的海陆空领域分别应用了其燃料电池技术。GM HYDROTEC负责通用集团的FC业务。

此次演讲介绍了加州港湾地区重卡及集装箱搬运专用正面吊运机的应用案例、飞机紧急用备用电源功能等。此外,还介绍了海军无人潜水艇(UUV: Unmanned Undersea Vehicles)、陆军越野车雪佛兰Colorado ZH2等通用燃料电池技术在军事用途方面的应用。

通用还介绍了未来的技术应用,即嵌入自动驾驶技术的氢燃料电池平台“SURUS (Silent Utility Rover Universal Superstructure)”。还能作为可将物资自动驾驶运输至人类无法到达的地点,以及在发生灾害时提供支援以及作为紧急车辆等使用。

通用与本田合作

2017年1月,通用与本田宣布,在密歇根州 Browns Town对半出资成立制造燃料电池系统的合资公司 Fuel Cell System Manufacturing LLC。生产线位于通用电池组工厂内,计划2020年前后投产。通用与本田将共同开发燃料电池堆与氢气瓶等,并分别配套于各自的FCV车型。

此次研讨会上,双方在各自的演讲中介绍了合作相关内容。合作成功的关键是One Team、Equal & Fair Relationship、Joint Learning三点。由双方成员构成的One Team开发1个零部件,由双方的管理人员共同实施技术评估。此外,还利用IT和时差的交流工具,推动技术开发。还通过分担业务,充分利用24小时开展研发。要跨过阻碍FC业务成功的难关和障碍等,也就是新技术的“死亡之谷(Valley of death)”,需要双方合作,互相减轻负担,提早实现普及。

在各自的演讲最后,是关于下一代FCV的回答环节,但双方均表示,有目标但是不公开。通用 Todd W. Huston表示,今后 3~5年内将投放约20款新电动车,但EV与FCV的产品组合未定,燃料电池将不局限于特定用途。本田的守谷隆史(演讲内容后述)表示,也考虑推出重型车的FCV版,但首先需要确立量产技术。


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现代汽车:发布FCEV Vision 2030,从投放NEXO到应用至商用车

演讲主题:Global Hydrogen Initiative and Fuel Cell Technology of Hyundai
演讲者:Soonil Jeon, Fuel Cell Division, Hyundai Motor Company

FCEV Vision 2030

现代汽车集团2018年12月发布了FCV长期开发路线图“FCEV Vision 2030”。预测2030年FCEV的全球需求将达到200万辆,到2030年将形成FC系统70万台、FCEV 50万辆的年产能。

现代汽车集团与供应商到2030年为止将投资约7.6兆韩元,创造51,000个就业岗位。除了汽车行业以外,还将摸索用于无人机、船舶、铁道车辆、叉车、发电机等的FC系统新商机。

现代NEXO FCEV

现代汽车在CES 2018上首次公开的 燃料电池车NEXO 于同年内在韩国、欧美市场上市。通过采用整合了燃料电池与电机的系统等,与Tucson FCEV(2013~2017年)相比,提高了输出功率与续航里程。安全方面,在Euro NCAP测试中获得五星, Soonil Jeon表示,实际发生的 事故中,未对系统造成大的破坏,足以证明其安全性。

现代汽车集团还表示,自2019年起将推出商用车的FCEV版。现代汽车正在考虑将NEXO的2台FC系统相结合,为FC客车和FC卡车配套。

现代FCEV车型的性能比较

降低FCEV的成本

燃料电池车SUV“NEXO”在韩国的售价为61,000美元,约是汽油车SUV“Santa Fe”(30,000美元)的2倍,利用补贴(韩国政府20,000美元、地方政府11,000美元)可降低至同等价格区间。现代汽车集团计划到2025~2030年前后将无补贴的FCEV价格减半。

在回答环节, Soonil Jeon 表示,Tucson FCEV的累计销量不足1,000辆,政府的支持不够充分也是原因之一,但随着政府对NEXO的支持,有望扩大FCEV的销量。


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本田:Clarity Fuel Cell和智能加氢站SHS等针对氢气社会采取的措施

演讲主题:本田的FCV开发和针对氢气社会采取的措施
演讲者:(株)本田技术研究所汽车研发中心 第五技术开发室 首席研究员 守谷 隆史


本田提出2030年汽车全球销量的三分之二将是电动车的目标。其中,零排放车(FCV与EV)约占15%,PHV与HV约占50%以上。通过与HV共享零部件等,计划到2025年将FCV的成本降低至HV同等水平。

本田Clarity

本田电动车专用Clarity系列于2016年投放了FCV、2017年投放了EV、PHV。FCV“ Clarity Fuel Cell ”的累计销量仅为数千辆(截至2018年底)。守谷 隆史称,美国用户与 日本用户相比,有车速更快、行驶距离更远的倾向。

Clarity Fuel Cell通过对FC系统进行小型轻量化改良,实现了相当于V6动力总成的尺寸。今后FCV的开发课题包括削减成本(削减贵金属、量产的规格化等)、改善燃料电池的耐久可靠性等。

针对氢气社会采取的措施

本田为削减下一代汽车的CO2排放,从 Well to Wheel(油井到车轮)角度研究汽车的环境和能源课题 。作为其中一部分,导入了利用自然能源(可再生能源)生成的氢气行驶的FCV(不排放CO2,只排出水)。

可再生能源(太阳能、风力发电等)的成本在近10年间急剧下降,使其具备了与其他发电方式(煤、天然气发电等)相互竞争的水平。如何充分利用缺乏稳定性的自然能源成为问题,能源储存技术变得尤为重要。
氢气通过石油、天然气、煤炭、生物质、废弃物、可再生能源、原子能等各种一次能源制造。氢气还适用于大量、长期能源储存,并可运输。其储存技术包括高压气体、液体氢气、化学氢化物等。

“制造”、“储存”、“运输”、“使用”氢气这一理念对于未来智能社区来说很重要。本田自2002年起致力于智能加氢站SHS (Smart Hydrogen Station) 的研究,2010年代起在美国洛杉矶和日本全国推进了SHS的建设。2018年11月开始预售SHS 70MPa。还致力于使用外部供电器Power Exporter 9000为发生灾害时以及活动供电。

演讲主题:FCV的开发和初期市场的挖掘 ~以氢气社会为目标~
演讲者:丰田汽车 河合大洋


丰田计划2030年销售550万辆以上电动车(其中EV和FCV占100万辆以上)。2025年前后将为在全球销售的全部车型推出HV、PHV、EV版本,不再推出只有内燃发动机的车型。FCV方面,计划2020年代扩大乘用车、商用车的产品阵容。

将FCV从乘用车扩大至商用车领域

丰田集团领先于其他整车厂,将FCV从乘用车领域扩大至商用车领域。中型三厢车 FCV“MIRAI” 于2014年12月上市,截至2018年底的累计销量约为7,700辆。计划今后全球年销售3万辆以上,日本销售1万数千辆左右。

2018年3月发售 FC客车“SORA” 。目前有5辆正在运行中,将以2020年东京奥运会和残奥会为目标导入100辆以上。在元町工厂(爱知县丰田市)已经导入22辆FC叉车(截至2018年3月),该工厂将于2020年前后导入170~180辆左右。今后,作为与日本的下一代7-11便利店共同项目,还将于2019年起导入FC卡车。

出处:FC EXPO 2019的展示


在海外,受到大气污染问题影响的美国洛杉矶市港湾局从2017年夏季启动了搭载2台MIRAI燃料电池堆的重卡路试项目。
2018年9月丰田宣布为葡萄牙的CaetanoBus供应FC系统。CaetanoBus正在开发FC客车,计划到2019年秋季在欧洲开展路试。

利用氢气的移动工具

丰田表示,氢气可用于船舶、飞机等多种交通工具,并在本次演讲中介绍了利用氢气的铁路和汽车的合作。2018年9月,丰田宣布与JR东日本公司合作将氢气应用至铁道与汽车的合作项目。将以火车站为据点,建设加氢站,将FC技术应用至铁道车辆等。

2019年3月,日本宇宙航空研究开发机构(JAXA)宣布,将与丰田探讨国际宇宙探索任务的合作。首先,2018年5月起,双方加速推进采用FCV技术的月球表面载人探索活动所需的移动工具“载人加压探测器”的共同概念探讨。载人加压探测器约为2辆小巴的大小,具备可居住一定时期的功能和空间。通过宇航员的操作、远程操作以及自动驾驶,可在月球及行星表面持续移动。丰田表示,燃料电池是清洁的发电方式,只排放水,且能源密度较高,可大量搭载,因此很适合此次的任务。


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关键词
电动化、燃料电池车、FCV、FCEV、燃料电池、电池、Daimler、VW、Audi、GM、本田、丰田、现代、MIRAI、Clarity、Tucson、NEXO、GLC F-CELL、h-tron、Colorado

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