張 戈，楊燕紅，劉 峰

(西華大學 汽車與交通學院， 成都 610039)

21世紀以來，全球交通運輸領域迅猛發(fā)展。據統(tǒng)計，2017年全球汽車銷量首破9 000萬，銷量增長2.7%，遠超人口增速。不可再生能源的耗損和運輸領域發(fā)展之間的矛盾日益加深，環(huán)境保護和能源節(jié)約成為了全球矚目的焦點。節(jié)能環(huán)保的氫燃料電池汽車就是在這種大背景下應運而生的。目前，各國氫燃料電池汽車發(fā)展迅猛，據外媒報道，自2013年氫燃料電池汽車商業(yè)化開始，到2017年年底，全球總計售出6 475輛氫燃料電池汽車。

氫燃料電池汽車標準化是氫燃料電池汽車質量的技術保證。標準化是現(xiàn)代化生產的必要條件，它規(guī)定了市場秩序，有利于實現(xiàn)科學管理和提高管理效率，可以調整產品結構及其需求，且能提高產品質量和安全性，對氫燃料電池汽車產業(yè)的發(fā)展具有重大意義。

近年來，為了推動全球氫燃料電池汽車行業(yè)的發(fā)展，各國都在原有燃油車標準的基礎上加快了氫燃料電池汽車標準的制定與完善。相較于美國和日本等氫燃料電池汽車行業(yè)發(fā)達國家，我國相關標準體系的發(fā)展較為滯后，主要表現(xiàn)在氫燃料電池技術標準、氫燃料電池汽車安全標準和儲氫加氫標準等方面。如果想要趕上世界氫燃料電池汽車的發(fā)展腳步，我國氫燃料電池汽車標準體系的完善刻不容緩。

1 氫燃料電池汽車概要及我國氫燃料電池汽車的產業(yè)現(xiàn)狀

1.1 氫燃料電池汽車概要

氫燃料電池汽車是一種用車載氫燃料電池裝置作為動力的汽車。氫燃料電池裝置是一種不燃燒燃料而直接以電化學方式將燃料的化學能轉變?yōu)殡娔艿母咝Оl(fā)電裝置。只要不斷地輸入氫氣與氧氣，就可以不斷地向汽車提供電力，而生成的唯一“廢料”只有水(見圖1)。

氫燃料電池汽車具有以下優(yōu)點[1]：

1) 環(huán)保性能好。無有害氣體的排除，反應產物只有水。因為燃料電池是通過電化學反應來發(fā)電的，所以與內燃機汽車相比，噪音可以顯著降低，并且乘坐舒適度會更加優(yōu)于普通汽車。其中氫元素來源廣泛。

2) 能源轉換效率高。氫燃料電池能量轉化效率比熱機和發(fā)電機能量轉換效率高得多。氫燃料電池有效能效可以達到60%～70%，而當代汽輪機和柴油機的效率最大值卻僅僅只有35%～40%。

3) 燃料的多樣性。天然氣、乙醇等石油以外的多樣的燃料可供使用，可以充分應對將來的石油枯竭問題。另外，可利用太陽光和生物等清潔的可再生能量來制造氫，減輕對環(huán)境的負荷。

1.電池：提供額外轉矩，從再生制動儲備能量； 2.氫氣罐：提供氫氣；3.氫燃料電池組：通過化學反應為電源泉模塊提供電能； 4.電動機: 使飛輪轉動； 5.電源模塊：提供電能； 6.散熱器：散熱

圖1 氫燃料電池汽車的結構及工作示意圖

1.2 中國氫燃料電池汽車的產業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀

首先，在整車方面，根據2017年中國新能源汽車目錄統(tǒng)計[2]，全國氫燃料電池商用車產量共1 226輛，包括10家車企、11個品牌的22款氫燃料電池汽車。其中客車19款，專用車3款。也就是說，目前國內氫燃料電池商用汽車已初步達到量產技術階段，而由于乘用車對于技術和成本的要求更高，且面向個人用戶銷售使用的條件尚不具備，我國氫燃料電池汽車雖已進入商品化發(fā)展階段，但總體進程上仍稍落后于國際發(fā)達水平。

其次，在燃料電池系統(tǒng)方面，國產氫燃料電池的技術水平較為落后，主要體現(xiàn)在電池電堆技術與國外差距較大。首先國內產品技術空缺嚴重。目前，國內高水平燃料電池電堆幾乎都引進國外的成果，在核心原材料的產業(yè)生產化方面基本一片空白。其次在性能方面，國內自主研發(fā)的電池電堆雖已基本達到標準，但相較于日本豐田和本田這樣的領先企業(yè)，耐久性和低溫性較差。另外，國內燃料電池電堆產業(yè)鏈還需要進一步完善。

最后，在氫能產業(yè)與基礎設施方面，雖然中國氫氣來源非常廣泛，但車用高純氫非常匱乏，且管道氫氣輸送尚處于基礎階段。由于我國氫燃料電池汽車產業(yè)化應用的供應鏈體系未形成，導致了車用高純氫價格過高，加氫站建設十分緩慢，嚴重阻礙氫燃料電池汽車示范運營。截止到2018年2月，我國加氫站已有31座，正在運營的僅有12座[3]。

總的來說，國內氫燃料電池汽車的發(fā)生尚處于起步階段。根據國家的發(fā)展要求，我國已基本完成在2010—2020年實現(xiàn)氫燃料電池商用車的小批量生產工作。在下一個10年，我們要做到氫燃料電池汽車整體技術水平基本與國際水平相當，并且實現(xiàn)氫燃料電池電動汽車的大批量生產。

2 我國氫燃料電池汽車標準化體系框架及其發(fā)展現(xiàn)狀

實施氫燃料電池汽車標準化工作的重點就是建立完整的氫燃料電池汽車標準化體系框架，其對于氫燃料電池汽車在我國的快速發(fā)展具有重大意義。在20世紀90年代，我國電動汽車技術與標準委員會初步建立了我國新能源汽車標準化體系。

對于一個完整的標準體系，其內容應包括外部支撐、適用零部件、專業(yè)功能三大重點。其中：外部支撐應包括法律法規(guī)、管理機構、技術配套等方面；適用零部件應包括整車性能、動力電池、加氫系統(tǒng)等方面；專業(yè)功能應包括技術標準、經濟標準、安全標準等方面。具體框架見圖2[4]。

3 我國氫燃料電池汽車標準化體系的發(fā)展現(xiàn)狀

總體來說，我國氫燃料電池汽車市場具有十足的潛力，相關標準體系雖已有一定雛形但還不成熟。作為生產與發(fā)展的保證，中國氫燃料電池汽車標準體系的制定和完善就顯得尤為重要。

圖2 氫燃料電池汽車標準體系框架

3.1 氫燃料電池汽車標準體系制定的前期工作

中國燃料電池汽車國家標準的前期研討工作從2006年3月開始。2007年初，全國汽車標準化技術委員會、中國汽車技術研究中心、上汽股份和同濟大學等機構和企業(yè)的10多位高級科研人員組成了專門項目組。隨后在2009年底，標準委員會頒布了中國第一批燃料電池汽車的國家標準，包括《燃料電池電動汽車術語》《燃料電池電動汽車安全要求》這兩則最基礎、最重要的標準，標志著中國氫燃料電池汽車標準制定的開端。除此之外，在“十一五”期間，還制定完成了《燃料電池發(fā)動機測試性能方法》《加氫車技術條件》《燃料電池車加注裝置》《車載氫系統(tǒng)》等標準，并開展了其他相關標準的研究[5]。

3.2 我國氫燃料電池汽車標準體系的發(fā)展現(xiàn)狀

經過10年間的不懈探究與奮斗，中國氫燃料電池汽車標準體系已初步形成。根據中國汽車工程學會統(tǒng)計，截至2018年5月，中國國家標準化管理委員會累計發(fā)布國家標準、行業(yè)標準76項，其中涉及電池、反應堆34項，氫能基礎設施27項，燃料電池汽車15項?，F(xiàn)行標準62條，已廢止標準2條，即將實行標準12條。具體情況如表1～3[6]所示。

表1 中國氫燃料電池汽車標準(電池電堆)

表2 中國氫燃料電池汽車標準(氫能及基礎設施)

續(xù)表(表2)

表3 中國氫燃料電池汽車標準(燃料電池汽車)

3.3 國內氫燃料電池汽車標準與國外相關標準的比較與分析

3.3.1與美國氫燃料電池標準的比較

美國是氫燃料電池汽車發(fā)展大國，其對氫燃料電池汽車標準的制定已有20多年的歷史。

至今，美國已經形成了世界上最完善的燃料電池汽車標準體系。美國氫燃料電池汽車標準發(fā)展的優(yōu)勢在于：

其一，美國政府大力鼓勵和扶持氫燃料電池產業(yè)的發(fā)展，相關標準制定機構聯(lián)合多個國內外技術機構和國內多家汽車企業(yè)，共同進行標準體系的制定和研究。與此同時，美國分別成立了“排放和能耗、接口、性能、安全、可回收、術語”這6個方面的專門工作組，分別針對不同的領域和各自的特點，對氫燃料電池汽車標準體系進行研究和完善，如圖3所示。各工作組都有部分代表性標準[7]，如表4所示。

圖3 美國氫燃料電池汽車工業(yè)標準聯(lián)系

相比之下，中國的氫燃料電池汽車標準的制定工作就顯得比較單一。目前我國氫能與燃料電池產業(yè)標準涉及汽車行業(yè)、燃料電池行業(yè)和純氫制備行業(yè)等，國內各主管部門基本處于“各管各事，互不聯(lián)系”的局面，導致標準制定工作進程較慢。氫燃料電池汽車相關標準的制定應由國家層面牽頭，統(tǒng)籌協(xié)調各方標準訴求，促成機構間形成有效銜接，進一步完善我國氫燃料電池汽車相關標準體系。

其二，美國對氫燃料電池的再回收工作十分重視，他們早在氫燃料電池汽車推出之前就考慮了燃料電池梯級利用和回收。通過“再利用—再加工—再銷售—再循環(huán)”的方式，從經濟效益、技術及商業(yè)可行性分析，全面開展了燃料電池的可回收工作。而中國在這方面則比較欠缺，從當前發(fā)布和即將發(fā)布的70余條氫燃料電池汽車標準來看，并沒有涉及氫燃料電池的回收和再利用。

表4 美國氫燃料電池汽車標準(部分)

續(xù)表(表4)

3.3.2 與日本氫燃料電池標準的比較

日本的氫燃料電池汽車標準制定與發(fā)展工作走在世界前端，在世界氫燃料電池汽車標準體系的制定過程中起著風向標的作用。日本的多項氫燃料電池汽車方面的標準已被聯(lián)合國采用，如在2013年7月，聯(lián)合國宣布采用日本方案制定燃料電池汽車安全標準。

日本的氫燃料電池汽車標準體系中最具有代表性的標準是燃料電池方面的標準，其中磷酸形燃料電池相關標準較為全面。所謂磷酸形燃料電池，就是以磷酸為電解質，利用廉價的炭材料為骨架，以氫氣、甲醇、天然氣等低廉燃料進行發(fā)電。在日本，磷酸形燃料電池已經成為發(fā)展最快、最成熟的一種氫燃料電池，而在國內的開發(fā)和標準制定還十分不足。

中國雖然頒布了一些氫燃料電池相關標準，但是大多比較籠統(tǒng)、分散，且對安全性能和電池壽命的規(guī)范不足。另外，日本對于加氫技術和加氫設施的規(guī)范較為完善、嚴格，這也是我國承擔氫燃料電池汽車標準制定的相關技術人員應當在標準體系的完善過程中加強的部分。

日本關于燃料電池的標準[8]如表5所示。

3.3.3 建議與發(fā)展

從前文的分析來看，中國氫燃料電池汽車標準體系的建立與發(fā)達國家還存在一定差距。這些標準雖然能夠為氫燃料電池汽車的發(fā)展提供一定的支持與保障，但由于氫燃料電池汽車在中國的發(fā)展較晚且水平較低，氫燃料電池開發(fā)的核心技術水平不到位，加氫站等氫燃料電池汽車的基礎設施建設不足，所以尚不具備大批大量生產氫燃料電池汽車與市場投放的能力。

工信部在2018年3月發(fā)布的《2018年新能源汽車標準化工作要點》指出，新能源汽車的標準體系制定的3個要點是：其一、開展重點標準研究，優(yōu)化體系建設，包括基礎通用領域研究、整車領域、關鍵系統(tǒng)部件領域、充電基礎設施領域、標準體系優(yōu)化改善；其二、加強國際交流協(xié)調，推動中國標準國際化；其三、強化組織保障，積極發(fā)揮行業(yè)力量。所以，為了加快氫燃料電池汽車相關標準體系的發(fā)展，需要在以下幾方面開展工作[9]：

1) 理清標準體系框架，明確標準建設路線圖。目前，我國氫燃料電池汽車相關標準已覆蓋術語、整車安全、技術條件、試驗方法、加氫系統(tǒng)等多個方面，但是建設中還存在一部分缺失環(huán)節(jié)(技術標準十分欠缺)，相較于美國、日本氫燃料汽車標準體系，我國的標準體系較為單一。

2) 參考、借鑒國外氫燃料電池汽車發(fā)達國家的已建立的相關標準體系，結合中國國情與氫燃料電池汽車產業(yè)的大環(huán)境，對目前已有的氫燃料電池汽車標準進行修改與完善。

3) 促進技術水平提升，盡早提升到世界第一水平線。目前中國氫燃料電池車標準體系建立過程中的基本問題是理論性大于可行性。也可以說，市場成熟度比技術成熟度低，對投入市場前后的應用性標準的建設還遠遠不夠。加強標準的可操作性與可實踐性，在不斷的實踐中逐步加快氫燃料電池汽車標準建立步伐，是我國現(xiàn)階段氫燃料電池汽車標準體系建設的一大目標。

4) 加強與相關企業(yè)的合作，鼓勵其參與相關標準制定工作，成立相關工作小組。鑒于行業(yè)中企業(yè)的參與度較低，且考慮到企業(yè)在標準建立中的巨大作用，中國氫燃料標準體系的制定應圍繞相關企業(yè)聯(lián)合建立制定研究組，共享信息，共同發(fā)展。

5) 加強安全方面的標準建立。由于氫氣一直作為高度危險品進行管理，部分標準與法規(guī)已與技術發(fā)展不相一致，應在經過嚴密驗證后，科學評估安全風險，在保障安全的基礎上，結合實際需要逐步適度調整。

表5 日本燃料電池汽車的燃料電池方面的標準

4 結束語

氫燃料電池汽車的中國市場是一個潛力較大的市場，但目前我國氫燃料電池汽車產業(yè)的標準化體系尚處于初級階段，一定程度上限制了我國氫燃料電池汽車產業(yè)的發(fā)展。為了讓技術規(guī)范跟上本國產業(yè)發(fā)展的步伐，更為了早日趕上氫燃料電池汽車強國的發(fā)展速度，必須重視其標準體系的完善。應參考學習國外的標準，結合本國的實際情況，加快研究和實踐的步伐，這樣中國氫燃料電池汽車的蓬勃發(fā)展指日可待。