进展现代有轨电车混合动力技术：探索与应用

2.4.1.1 国外科研及应用现状

长期以来，世界各国政府和主要汽车集团都高度重视燃料电池汽车的研发，投入大量资金用于燃料电池汽车及氢能研发、试验考核和市场培育。

（1）美国 美国长期重视氢能与燃料电池技术的发展，已经形成了较为完整的推进氢能发展的国家法律、政策和科研计划体系，以引导能源体系向氢能经济过渡，将氢燃料电池确定为维系经济繁荣和国家安全至关重要的27项必须发展的技术之一，质子交换膜燃料电池就是其中的重点发展项目。

奥巴马政府在2013年初的国情咨文中提出设立能源安全基金（Energy Security Trust）计划，计划在未来十年，美国政府每年拨款2亿美元发展包括氢能与燃料电池在内的先进能源技术，以促进摆脱对石油和天然气的过度依赖。而作为美国新能源汽车发展的主导性地域之一，加州也积极响应了此次新能源政策的号召，通过了一项总额为1700万美元的规划，其中包括燃料电池汽车的示范推广和加氢站建设及部署等项目。美国能源部多年来持续投入经费，支持燃料电池、氢能（包括制氢、储氢、输氢）、系统分析、技术验证、安全与标准法规、市场转化等方面的研发与示范，其2012年至2014年的预算依次为1.04亿、0.98亿和1亿美元。2013年中期，美国能源部推出了影响力巨大的H2USA项目，大力支持氢能基础设施建设，并吸引了众多汽车制造商和经销商（目前有27个成员）的参与。

（2）日本 日本在2003年推出了投资110亿美元开发氢能的《WE-NET》计划。2004年在国家《新产业创新战略》中将燃料电池列为国家重点推进的七大新兴战略产业之首，从国家层面上着力推进。日本经济产业省还起动了旨在加速质子交换膜燃料电池实用化的氢能与燃料电池计划。

2013年，日本继续保持了对氢能与燃料电池的高强度投入。日本政府通过通产省（METI）和新能源产业技术综合开发机构（NEDO）对氢能与燃料电池的投入在2013年达到359.6亿日元（约3.6亿美元），2014年达到419.1亿日元（约4.2亿美元）。

2014年，丰田的氢燃料电池车MIRAI在日本上市，新车售价723.6万日元（约37.8万人民币），日本政府补贴后，实际价格520万日元（约27.1万人民币）。根据丰田自己的计划，仅仅过了7年，丰田就使氢燃料电池汽车的成本降幅高达94%之多。而到2020年，丰田计划将MIRAI的制造成本再次削减一半。届时，一辆MIRAI的售价，即使在没有政府补贴的情况下，也将降低到400万日元以下，约合人民币20万元以下。按照前几年丰田对于氢燃料电池成本的控制成果，在2020年实现氢燃料电池成本降低一半的目标，也许并不困难。

(3)欧盟 存欧盟，通过了FCH JU( Fuel Cells and Hydrogen Joint Undertaking)来推动氢能与燃料电池的研发与示范，其2013年投入的经费约6300万欧元。2014年到2020年，欧盟将起动Horizon2020计划。在该计划中，氢能与燃料电池的投入预算将达到220亿欧元。荷兰、丹麦、瑞典、法国、英国与德国六国已经达成共同开发推广氢能源汽车的协议，各国将共同建设一个欧洲氢能设施网络，并协调能源传输。同时，欧盟还在评估讨论CPT项日( Clean Power for Transport)。该项目计划投入1.23亿欧元建设77座加氢站，针对15个已经建有加氢站的成员国实现国与国之间的互联互通。最终，欧洲大部分地区将建成连贯的氢能基础设施网络，以供燃料电池汽车使用。表2-9所示为德国氢燃料电池发展预测。

表2-9 德国氢燃料电池发展预测

（4）加拿大 加拿大在氢能和燃料电池方面处于全球领先地位，体现在所有类型燃料电池相关技术、相关零部件的生产制造、系统供应和集成、加氢系统、燃料储存以及工程和资金服务方面。

加拿大政府积极支持燃料电池的研发。2004年，通过了实施“大不列颠哥伦比亚氢和燃料电池战略”，希望到2020年该省的氢经济处于世界领先地位，该战略包括“积极推动氢高速项目，从联邦和省政府以及企业界筹资1.35亿元支持氢经济，与阿尔伯特省合作使氢高速向南和向西延伸”等具体内容。

（5）其他国家 法国开发出使用“运程”燃料电池的电动汽车“Fever”，它以低温储存的氢和空气作燃料，发电功率达20kW，电压为90V，且采用先进的电子控制系统对电力系统进行控制，并把制动时产生的能量储存在蓄电池里，以备汽车起动或加速时使用。

英国成立了国家燃料电池开发中心。英国燃料电池技术的开发重点在燃料供应、重整炉、气体净化和空气压缩等方面。质子交换膜燃料电池的研究重点是改善催化材料的性能并探索铂（Pt）催化剂的涂覆方法，降低铂（Pt）含量，提高铂（Pt）的利用率和耐受CO的允许值。

目前，世界各大汽车制造商都已形成各自的燃料电池汽车量产及氢能设施网络建设计划。经过长时间、持续稳步的支持，国外燃料电池汽车产品的可靠性、环境适应性（如低温起动性能）取得了重大突破，示范运行不断深入，并陆续推出用于租赁商业化示范的燃料电池汽车，燃料电池汽车已经进入技术与市场示范阶段。(www.xing528.com)

2.4.1.2 国外燃料电池电堆研发企业

目前在燃料电池电堆及系统产品方面，各大汽车公司均拥有自己的生产厂，除非建立公司级联盟，汽车公司不可能向第三方提供其燃料电池系统。同时，其技术指标和研究进展情况也很难通过公开渠道获得。

下面是对几家研发能力实力较强的燃料电池公司相关情况的介绍。

（1）加拿大BALLARD（巴拉德）公司 巴拉德动力系统公司是一家成立于1979年的加拿大公司，公司从1983年开始研发燃料电池。从2007年到2009年，公司完成了从长期、高成本的汽车燃料电池研发转向清洁能源燃料电池产品的市场化。目前公司的主要业务是质子交换膜燃料电池产品（包括燃料电池堆、模块和系统）的设计、开发、制造和服务，专注于商用市场（电信备用电源、物料搬运和工程服务）和开发阶段市场（公车、分布式发电和连续电源等）。迄今为止，公司氢燃料电池的出货量接近150MW，是目前当之无愧的氢燃料电池界翘楚。

巴拉德公司提供多种产品来覆盖不同的需求，其产品覆盖了固定式领域和交通运输领域的主要应用市场。巴拉德的客户面非常广，在备用电源领域，通过利益相关的Dantherm Power公司以及合作伙伴Cascadiant和InalaTechnologies，公司把产品销往了SINE，Hutchison-Telecom和Vodacom等公司；在物料搬运市场，其与PlugPower公司有着长久的合作关系，PlugPower公司所有的GenDrive燃料电池系统系列产品全部采用巴拉德公司的燃料电池堆；公车领域的主要客户是BAESystems和WanHool；分布式发电领域则主要是将完整的电池系统ClearGen销售给TOYOTA和FirstEnergy公司。

大众公司也与巴拉德公司结盟，设计和制造下一代的大众HyMotion燃料电池示范车。巴拉德负责燃料电池膜电极组件（MEA）、流场板、电堆的各种组件的设计以及测试和系统集成。

目前，该公司已开发出适用于城市客车运行工况的HD7燃料电池电堆模块，输出功率为100kW，已批量运用到欧洲和中国。

（2）加拿大Hydrogenics（HYGS）公司 Hydrogenics公司在商用及工业用氢系统的设计、制造及安装领域有60多年的经验，其业务涵盖：工业生产及燃料加注站用氢电动机；电动车用氢燃料电池，比如用于城市运输车，叉车等；独立发电厂及不间断电源用燃料电池装置；储氢系统集成太阳能与风力发电系统，以调整后者的发电低谷及高峰。

Hydrogenics公司是制氢系统及燃料电池系统领域的国际领导公司，总部位于加拿大多伦多市，在美国、德国、比利时都拥有分支机构。公司在氢能系统设计和集成领域拥有多年经验，参与了全球45个加氢站的设计与建设。

公司的燃料电池产品为16kW和30kW的燃料电池系统模块，其产品的特点是，工作压力较低，内部加湿，因此系统更加简单，可以在低温下起动停机，无需防冻保温。这种燃料电池模块可以通过多套串并联的方式构成功率更大的发电系统。安装Hydrogenics燃料电池系统模块的城市客车在洛杉矶、旧金山、夏威夷、柏林、亚琛等多个城市开展示范运行。

（3）美国PlugPower公司 PlugPower是1999年成立的专注于设计、开发、制造和销售用于物料搬运叉车的燃料电池系统的供应商，是目前全球较大的燃料电池系统集成商。该公司在质子交换膜燃料电池和燃料加工技术，以及燃料电池/蓄电池混合动力技术方面拥有领先优势。公司的核心产品是氢燃料PEMGenDrive产品，主要用于大批量制造和高吞吐量的工业运输（叉车或材料处理），即属于交通运输领域的物料搬运市场。

从Plug的供应链来看，其上游的供应商包括燃料电池生产商Ballard，燃气供应商BASF和AirLiquide；下游客户包括雀巢、沃尔玛、联邦快递等货物量较大的公司。公司的主要客户为斯蒂尔、奔驰、宝马、沃尔玛、宝洁、可口可乐等公司，目前订单主要集中于GenDrive产品，即物料搬运叉车应用。

（4）美国FuelCellEnergy公司 FuelCellEnergy是一家全球领先的综合性燃料电池公司，公司成立于1969年，前身为能源研究公司，1999年更名为FuelCellEnergy。公司主要从事固定式燃料电池的研究，主要产品是可用于现场发电、热电联产及分布式发电的MCFC。产品主要服务于电力实业、商业和企业、政府机构等。目前公司产品DFC发电厂已在全球超过50个地点产生超洁净、高效和可靠的电力。公司已经生产超过1.5亿kW·h的超清洁电力，且拥有超过300MW的发电装机容量。

公司主要产品为DFC系列发电产品，主要用作热电联产以及分布式发电，公司产品的输出跨度极广，从几百千瓦到数兆瓦都有提供，而这样的输出在其他同类产品中又处于较高水平，因此DFC产品在固定式燃料电池领域极具竞争力。