燃料电池公交客车开发技术路线研究及建议
雷洪钧
（湖北省城市客车工程技术研究中心）
当前正是处于纯电动汽车大力推广应用的热潮之中，2015年6月媒体却报道了宇通公司已经获得燃料电池客车的生产资质。7月2号中国电动汽车百人会在清华大学组织了第一次“学术沙龙”，专题讨论了“燃料电池汽车”商业化问题。这说明纯电动汽车已经是“推广应用”阶段的工作，而燃料电池汽车却进入了“示范运行”的起步阶段。本文对燃料电池公交客车开发的技术路线予以研究且提出建议，供同行参考。 一、示范运行与推广应用的区别及联系
产品研究开发的最终目标是要实现产业化。要实现产业化一般要经过3个阶段，第一阶段是产品研究开发，第二个阶段是示范运行，第三个阶段是推广应用。如纯电动公交车已经是推广应用的产品，随着推广应用的广度和深度的推进，产品要进一步优化。则标志产业化得以实现。
我国新能源公交车推进分为3个阶段，一是混合动力客车，第二个阶段是纯电池动力客车，第三个阶段是燃料电池客车。前一步是后一步的基础，后一步是前一步的延伸。按前面推广情况来看，产品研究开发到示范运行、在到推广应用，基本要10年左右。
燃料电池公交客车在一些关键技术上还没有取得重大突破，第一步要进行产品研究与开发，为产品的“示范运行”打基础、做好铺垫，产品开发的技术路线的研究尤为重要，研究成果的高低，基本上决定产品开发最后成功与否？
二、目前动力电池到底是一个什么水准？用他到底做到什么样水平的公交车？
1）通俗解释是：12米的纯电动公交，完成一天运营里程是250公里，需要250度电。而当前动力电池的实际水平是，充一次电仅仅能满足12米公交0.5天的运营要求。目前公
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交公司新能源汽车的运营里程可能（或者）能到达250公里运营里程，这些是客车厂和公交公司牺牲其他的时间、空间资源后，采取弥补措施的结果。
2）国家863计划电动车重大专项动力电池测试中心主任王子冬对动力电池水平的评价是：动力电池比能量是120 wh/kg，系统集成后的比能量是90wh/kg。王子冬主任用数据对目前动力电池水平进行了测评。
3）中国工程院杨浴生院士的观点是，锂离子电池的比能量预计到2020年有可能达到250wh/kg，这样的电池是未来的，不解决当前问题。目前的电池存在四个问题：集合能量不够高，一致性不够好，寿命不够长，价格比较贵，并且安全性还有问题。杨浴生院士定性地给出动力电池的不足。
4）中国工程院郭孔辉院士是我国汽车业的泰斗，他的观点是，用现在锂离子电池的比能量做汽车，合理的里程设计在150 km左右。若要更长距离的行驶，增程式更合适。郭孔辉院士给出了用目前的动力电池开发汽车的基本定位。
三、目前动力电池水平背景下，发展大型纯电动公交车不“增程”是不可能的
王子冬主任、杨浴生院士、郭孔辉院士代表层面，发表了权威性的观点，总结到一点，用目前的动力电池发展大型公交车是绕不过“增程”阶段的。我国客车企业要“弯”道超车，这个“弯”的落脚的点，就是如何在“增程”上下功夫。具体介绍如下：
1）第一个“增程”方案是内燃机增程器，没有创新点，是初级技术的集成，但是直接体现了增程思想。其基本原理是将原来内燃机引擎功能，直接变成发电机的动力了，即内燃机由过去发动机变成增程器，结构复杂、发电效率低，没有解决环保问题。
2）第二个“增程”方案是在第一个方案上增加了“插电”（可以外接电源补充）的功能。这个方案是对第一个方案提升，实际情况是节油了。技术亮点是可以外接电源补充，减少用油
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量，有了环保特性，同时“增程”效果明显。由于不插电使用更便利，没有人去主动找“插”电的麻烦。最后是不是有环保、节能的实际效果？
3）第三个“增程”方案是没有物理上的增程器，用轮流置换车载电池技术来体现增程思想。一套电池不够用，再增加一套电池，是典型空间资源换里程目标。2008年奥运开启了这一方案，接下来青岛公交将这个路线推向高潮，天津公交将这个路线得以延伸。现实情况是，这一技术路线由国家电网号召开启，最后由国家电网宣布终止。
4）第四个“增程”方案电池快充。这个方案由重庆恒通与微宏发起，并成功实施。钛酸锂电池可以快充，重庆恒通做了33台充电公交车，已经3年过去了，运行良好。这是典型时间资源换里程目标。实际情况是，国家基本上不支持钛酸锂电池发展，其拓展无望。
5）第五个“增程”方案是白天由滑触网补电（在线充），这条技术路线2012年由东风扬子江汽车（有限）公司开启，武汉公交采购了在线充200台，在稳步推进。王秉刚老师、王子冬主任对这个技术路线评价较高。以前有无轨电车的城市，如北京公交、济南公交、上海公交、青岛公交等完全认同，以前没有无轨电车的城市，如襄樊也开始认同这个“增程”技术路线。
这个“增程”方案，主要特点是接“地”气，不增加用户的麻烦，方便、实用。借用了运营间隙（时间资源），且空间资源占用实现了极少值。弥补无轨电车的不足，且与新能源纯电动客车接上了。用目前的动力电池，解决了公交公司每天250公里运营里程要求。 四、当下开发燃料电池公交客车的必要性
综上而言，用目前的动力电池，发展大型纯电动公交车，绕不过“增程”的，这是一个大前提。内燃机做增程器模式技术含量过低；换电模式的技术含量有较大的提升，但是不接“地”气；快充电模式技术含量更高，但是不符合“天”意；在线充技术既符合“天”意，也接“地”气，还差“人”缘。电网对纯电动公交车白天充电，是十分苛刻的。在大白天，大量的、大功率的
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纯电动汽车不受电网控制的充电模式，供电公司是不同意的。不是利益问题，而是目前电网不能满足纯电动汽车白天“任性”充电的要求，否则电网有安全隐患。
客车企业面对“增程”阶段（时代），必须研发出符合“天”意、接“地”气、逢人“缘”的产品。符合“天”意：其产品必须是国家政策规定的新能源产品，能得到政府财政支持；接“地”气：这个产品必须能有助于公交公司完成每一天运营（250公里）的里程，不麻烦公交公司；逢人“缘”：这新能源产品必须晚上充更多的电，白天补电不麻烦供电公司。
这个增程器是什么?目前产品只有燃料电池了。有了这个增程器，新能源公交车在不烧油、烧气的前提下，他自己能发电，是符合“天”意的；有了这个增程器，新能源公交车白天不麻烦电网公司，晚上用电网“波谷”的电，是逢人“缘”的；有了这个增程器，燃料电池是电池，动力储能电池也是电池，能完成每一天运营（250公里）的里程，不找麻烦，就可以了。这是接“地”气的。
五、当下开发燃料电池公交客车的急迫性
1）《中国制造2025》将燃料电池汽车列于支持项目，其主要理由是由于环境的原因或为替代日益减少化石燃料。政府强有力支持燃料电池汽车研究开发；
2）我国公交客车一直是新能源汽车示范推广起步项目。
3）宇通公司已经获得燃料电池客车生产资质。客车老大已经行动抢先了，其他客车企业能不跟着上吗？
无论客车企业主观上对燃料电池公交客车开发认识如何？政府提倡号召，企业必须要响应。企业不响应是企业的自由，但是只有响应政府号召的企业，才有发展的机会。
当下企业开发燃料电池公交客车的急迫性，比过去“急”多了。对这一点，没有必要在去讨论了。
六、什么是燃料电池？与“锂”类电池有什么关系？
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“锂”类电池是储能性电池，通俗的讲，这类电池的“电”是事先“充”进去的，要用的时候，他可以“放”出电来的。燃料电池是自己能“发”电的电池，通俗的讲，他吃的是燃料，而吐出来的是“电”。“锂”类电池和燃料电池都是为汽车提供电能，电能驱动电机，电机产生动力。这里关键要理解3点。
1）燃料电池不是储能电池，我们以前听说（讨论）的是储能电池。 2）燃料电池是能发电的，而“锂”类电池是放电的。
3）燃料电池是发电装置，其发的电要送给储能电池保存起来。 七、燃料电池产生“电“的机理分析
燃料电池是一种通过氢燃料与氧气发生反应而产生电能、水和热的电化学装置，是发生电化学反应的电池。其工作原理如图1。
图1 燃料电池的工作原理 5
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