陳鳳廣

摘 要：氫被視為“21世紀的終極能源”、未來的能源貨幣，全球主要發(fā)達國家如日本、美國、德國等均已開始積極部署發(fā)展氫能源及有關(guān)氫能源汽車產(chǎn)業(yè)。氫燃料電池汽車行業(yè)的發(fā)展在我國受到高度重視，2019年3月氫能第一次出現(xiàn)在《政府工作報告》。環(huán)衛(wèi)車具有環(huán)保、美觀和減少二次污染等優(yōu)點，為相關(guān)環(huán)衛(wèi)系統(tǒng)部門所使用。地球需要低碳環(huán)保，氫燃料底盤環(huán)衛(wèi)車的應(yīng)用不僅能夠美化我們居住的環(huán)境，而且能夠節(jié)約資源，符合可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略思想。

關(guān)鍵詞：氫燃料;環(huán)衛(wèi)車;能源;電池;電動車

0 引言

近年來，我國在氫燃料電池的研究開發(fā)特別是在質(zhì)子交換膜燃料電池方面，接近世界水平，但在總體上，我國燃料電池仍處于科研階段，與國外相比，水平較低。環(huán)衛(wèi)車除了美觀，給市容市貌增添風(fēng)采外，還降低勞動強度、節(jié)約勞動成本、提高工作效率，另外也實現(xiàn)了政府大力倡導(dǎo)的低碳環(huán)?？谔枴Ｒ虼?，研發(fā)并應(yīng)用氫燃料底盤環(huán)衛(wèi)車具有十分重要的意義。

1 氫燃料電池工作原理

干電池、蓄電池是一種儲能裝置，是把電能貯存起來，需要時再釋放出來;而氫燃料電池嚴格地說是一種發(fā)電裝置，像發(fā)電廠一樣，是把化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化為電能的電化學(xué)發(fā)電裝置。氫燃料電池車的工作原理是：將氫氣送到燃料電池的陽極板（負極），經(jīng)過催化劑（鉑）的作用，氫原子中的一個電子被分離出來，失去電子的氫離子（質(zhì)子）穿過質(zhì)子交換膜，到達燃料電池陰極板（正極），而電子是不能通過質(zhì)子交換膜的，這個電子，只能經(jīng)外部電路，到達燃料電池陰極板，從而在外電路中產(chǎn)生電流。電子到達陰極板后，與氧原子和氫離子重新結(jié)合為水。由于供應(yīng)給陰極板的氧，可以從空氣中獲得，因此只要不斷地給陽極板供應(yīng)氫，給陰極板供應(yīng)空氣，并及時把水蒸氣帶走，就可以不斷地提供電能。

2 氫燃料電池的優(yōu)勢

2.1 無污染

氫燃料電池對環(huán)境無污染。它是通過電化學(xué)反應(yīng)，而不是采用燃燒（汽、柴油）或儲能（蓄電池）方式--最典型的傳統(tǒng)后備電源方案。燃燒會釋放像一氧化碳、二氧化硫氣體和粉塵等污染物。如上所述，氫燃料電池只會產(chǎn)生水和熱。氫如果是通過可再生能源產(chǎn)生的（光伏電池板、風(fēng)能發(fā)電等），整個循環(huán)就是徹底的不產(chǎn)生有害物質(zhì)排放的過程。

2.2 無噪聲

氫燃料電池在運行方面產(chǎn)生的噪音很少，噪聲大約只有55dB，實際上等同于人們?nèi)粘Ｕ勗挼臉藴省＿@個優(yōu)勢非常有利于氫燃料電池的室內(nèi)安裝，室外對噪聲有限制的地方安裝氫燃料電池也沒有問題。

2.3 高效率

氫燃料電池的發(fā)電效率可以達到50%以上，這是由氫燃料電池的轉(zhuǎn)換性質(zhì)決定的，直接將化學(xué)能轉(zhuǎn)換為電能，不需要經(jīng)過熱能和機械能（發(fā)電機）的中間變換。

3 氫燃料電池及相關(guān)產(chǎn)業(yè)的缺點

（1）當下能夠?qū)崿F(xiàn)規(guī)?；茪涞姆绞接袃煞N，一種是工業(yè)電解水，另一種是化石燃料反應(yīng)，不論哪種方法，與純電動車型直接充電相比，成本都要高出不少。而諸如生物質(zhì)制氫、高溫分解、光催化劑、伴生氫等方式，或成本過高，或受制于環(huán)境因素，皆具有局限性，目前還不適合大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)。

（2）產(chǎn)業(yè)起步晚，關(guān)鍵材料基礎(chǔ)薄弱。在高活性催化劑、高強度高質(zhì)子電導(dǎo)率復(fù)合膜、碳紙、低鉑電極、高功率密度雙極板等方面的技術(shù)水平目前已達到甚至超越了一些其他國家的產(chǎn)品，但大多只是止步于實驗室的研發(fā)階段，到目前為止未形成批量生產(chǎn)。

（3）資源不足、產(chǎn)業(yè)分散。氫燃料電池產(chǎn)業(yè)布局較少，產(chǎn)業(yè)過度分散。氫燃料電池技術(shù)與現(xiàn)有的鋰電池技術(shù)相比，普及程度還遠遠不夠;氫氣的運輸、儲存，加氫站的大規(guī)模鋪設(shè)等與建設(shè)充電樁相比投入巨大。

（4）產(chǎn)業(yè)政策不完善，供應(yīng)鏈缺少安全保障。在一些工業(yè)副產(chǎn)品中，對氫提取回收的技術(shù)水平低，利用率低，綜合成本高、技術(shù)有待進步;儲氫環(huán)節(jié)，儲氫的密度、安全性、成本難以同時滿足，實現(xiàn)商業(yè)化大規(guī)模應(yīng)用為時尚早;用氫環(huán)節(jié)，我國大型氫燃料電堆尚處于起步水平，燃料電池汽車有較深厚的技術(shù)積累但核心技術(shù)尚不成熟。

（5）體系不健全是制約產(chǎn)業(yè)發(fā)展主要因素。當前盡管我國氫燃料電池產(chǎn)業(yè)的體系已經(jīng)初具規(guī)模，但還不能滿足當下企業(yè)飛速發(fā)展的需要，例如，企業(yè)中的氫設(shè)備落后，氫能源的加工、儲運等環(huán)節(jié)管理不完善，產(chǎn)業(yè)鏈的發(fā)展和相關(guān)氫能源產(chǎn)品的市場推廣不順暢。

4 環(huán)衛(wèi)車

環(huán)衛(wèi)車的制造意義就是為了能夠更方便地進行對城市市容的改造，可以說環(huán)衛(wèi)車的出現(xiàn)有效地保證了城市的生態(tài)化建設(shè)，對城市的環(huán)境狀況維持有著非常重要的意義。隨著國家經(jīng)濟實力的不斷提高，各種行業(yè)的快速發(fā)展嚴重破壞了國家的環(huán)境狀況，國家越來越重視城市的環(huán)境問題，在這樣的社會現(xiàn)狀下，環(huán)衛(wèi)車的需求量和使用量大大增加，但是傳統(tǒng)的環(huán)衛(wèi)車數(shù)量的大幅度增加仍然會對環(huán)境產(chǎn)生不良影響，所以，純電動環(huán)衛(wèi)車就是目前環(huán)衛(wèi)行業(yè)發(fā)展的方向，也是國家非常重視的一個新型產(chǎn)業(yè)。

但是當前純電動環(huán)衛(wèi)車有如下缺點：

（1）受電池技術(shù)制約，續(xù)航里程過短，導(dǎo)致工作時間短。

（2）充電時間久，充電樁稀缺，為使用帶來了不便。

（3）充電時間過于集中，大批純電汽車進入電網(wǎng)，將對現(xiàn)有電網(wǎng)帶來不小壓力。

（4）電池到使用年限后，難于處理。

氫燃料底盤的環(huán)衛(wèi)車是基于氫燃料電池為動力系統(tǒng)的底盤開發(fā)而成的環(huán)衛(wèi)車，鑒于純電動車以上缺點，氫燃料電池車仍然被認為是解決新能源汽車技術(shù)難點的終端替代方式，這種環(huán)衛(wèi)車集多功能于一體，解決了目前針對不同的路況，解決了環(huán)衛(wèi)車輛工作效率低的問題。

因此，當前氫燃料底盤環(huán)衛(wèi)車將成為環(huán)衛(wèi)用車市場發(fā)展的中流砥柱，原因如下：

一是在能源供應(yīng)和環(huán)境保護的壓力下，發(fā)展氫燃料底盤環(huán)衛(wèi)車已被列入國家戰(zhàn)略。環(huán)衛(wèi)系統(tǒng)作為公共服務(wù)領(lǐng)域的一部分，氫燃料底盤環(huán)衛(wèi)車示范推廣城市政府也將購買使用氫燃料環(huán)衛(wèi)車作為氫燃料底盤環(huán)衛(wèi)車推廣應(yīng)用工作計劃的一部分。

二是從環(huán)衛(wèi)領(lǐng)域推廣應(yīng)用的情況看，因為環(huán)衛(wèi)車具有作業(yè)行駛速度慢、行駛路線固定、行駛路程短、作業(yè)時間固定等工作特性。此外，氫燃料底盤環(huán)衛(wèi)車具有成熟、充能時間短、零排放、噪聲小等優(yōu)點，可大幅降低大氣污染物含量，減少作業(yè)時的擾民問題。

三是城市化帶來市容環(huán)衛(wèi)車輛巨大需求，氫燃料底盤環(huán)衛(wèi)車成為趨勢。隨著我國對于環(huán)境治理的程度的不斷增加，我國環(huán)境得到有效改善，城市生態(tài)也得到相應(yīng)的改善，近年來國家對于城市環(huán)境治理力度不斷加強，城市環(huán)境治理投資金額不斷增長，城市市容環(huán)境衛(wèi)生固定資產(chǎn)投資額總體呈上升趨勢。其中，城市市容環(huán)境衛(wèi)生車輛設(shè)備數(shù)量也呈現(xiàn)逐年增長趨勢，尤其是對氫燃料底盤環(huán)衛(wèi)車的需求權(quán)重隨之加大。

氫燃料環(huán)衛(wèi)車型的到來，不需充電，續(xù)航里程長，免去了電動車充電時間長、影響運營效率的煩惱;不消耗化石能源，節(jié)能環(huán)保;不受限行、禁行等因素影響;運行過程在為城市環(huán)衛(wèi)工作做貢獻之時，沒有污染物排放，環(huán)境友好型動力，真正實現(xiàn)“零排放”目標。此前，我公司曾推出過一款氫燃料電池環(huán)衛(wèi)車，該車是在上汽FKC500-42D12氫燃料電池底盤上改裝而成，底盤最大總質(zhì)量12000kg，軸距4170mm，電堆功率60kW，有效儲氫量15.7kg，整車電量230kWh，驅(qū)動電機為南京博越TZ342XS-YBM211，額定功率為105kW，峰值功率180kW，具備全天候適應(yīng)性，在-35℃環(huán)境下浸車8h后，啟動時間≤3min。氫燃料是清潔能源，應(yīng)該是國家大力發(fā)展的健康產(chǎn)業(yè)，目前上汽已與我公司簽署合作協(xié)議，將在燃料電池汽車產(chǎn)品上開展合作。目前產(chǎn)品主要針對2022年冬奧會，由于河北張家口地區(qū)冬季溫度較低，對我公司純電動環(huán)衛(wèi)車的電量影響較大，使得我公司的純電動底盤環(huán)衛(wèi)車不能滿足該地區(qū)的作業(yè)要求，為完成2022年冬奧會張家口賽區(qū)環(huán)衛(wèi)保潔保障任務(wù)，并結(jié)合國家對環(huán)保方面的要求，市場對新型能源汽車的需求量也將逐年增加，受政策鼓勵，越來越多車企試圖抓住機遇，占領(lǐng)氫燃料環(huán)衛(wèi)車研發(fā)高地。

5 氫燃料底盤環(huán)衛(wèi)車的控制方法

此環(huán)衛(wèi)車是基于氫燃料電池底盤的洗掃車，此洗掃車的控制原理及方法如下：

（1）上裝控制器：通過CAN網(wǎng)絡(luò)，連接顯示屏、副機、語音喇叭;接收控制指令，處理整車的邏輯動作。

（2）上裝顯示屏：通過CAN網(wǎng)絡(luò)連接控制器;發(fā)送控制指令，并顯示設(shè)備執(zhí)行情況。

（3）副機：通過CAN網(wǎng)絡(luò)連接控制器;上裝的動力系統(tǒng)，接收控制發(fā)送的轉(zhuǎn)速信號，并將實際轉(zhuǎn)速、水溫等信號反饋給控制器。

（4）語音喇叭：通過CAN網(wǎng)絡(luò)連接控制器;接收控制器發(fā)送的信號，播報大箱升降、后門開關(guān)、清水缺、污水滿等語音。

6 氫燃料底盤環(huán)衛(wèi)車的工作模式

此車共有十種工作模式：全洗掃、左洗掃、右洗掃、全掃、左掃、右掃、全洗、左洗、右洗、中洗;集十種模式于一體的多功能洗掃車。此十種工作模式均基于上述上裝控制器、上裝顯示屏、副機等設(shè)備。

（1）全洗掃：顯示屏操作全洗掃模式，吸口、左右掃刷、左右噴桿、吸口噴、副機等執(zhí)行相應(yīng)動作。顯示屏上操作動作停止，相應(yīng)設(shè)備復(fù)位。

（2）左洗掃：顯示屏操作左洗掃模式，吸口、左掃刷、左噴桿、吸口噴、副機等執(zhí)行相應(yīng)動作。顯示屏上操作動作停止，相應(yīng)設(shè)備復(fù)位。

（3）右洗掃：顯示屏操作左洗掃模式，吸口、右掃刷、右噴桿、吸口噴、副機等執(zhí)行相應(yīng)動作。顯示屏上操作動作停止，相應(yīng)設(shè)備復(fù)位。

（4）全掃：顯示屏操作全掃模式，吸口、左右掃刷、副機等執(zhí)行相應(yīng)動作。顯示屏上操作動作停止，相應(yīng)設(shè)備復(fù)位。

（5）左掃：顯示屏操作左掃模式，吸口、左掃刷、副機等執(zhí)行相應(yīng)動作。顯示屏上操作動作停止，相應(yīng)設(shè)備復(fù)位。

（6）右掃：顯示屏操作右掃模式，吸口、右掃刷、副機等執(zhí)行相應(yīng)動作。顯示屏上操作動作停止，相應(yīng)設(shè)備復(fù)位。

（7）全洗：顯示屏操作全洗模式，吸口、左右噴桿、吸口噴、副機等執(zhí)行相應(yīng)動作。顯示屏上操作動作停止，相應(yīng)設(shè)備復(fù)位。

（8）左洗：顯示屏操作左洗模式，吸口、左噴桿、吸口噴、副機等執(zhí)行相應(yīng)動作。顯示屏上操作動作停止，相應(yīng)設(shè)備復(fù)位。

（9）右洗：顯示屏操作右洗模式，吸口、右噴桿、吸口噴、副機等執(zhí)行相應(yīng)動作。顯示屏上操作動作停止，相應(yīng)設(shè)備復(fù)位。

（10）中洗：顯示屏操作中洗模式，吸口、吸口噴、副機等執(zhí)行相應(yīng)動作。顯示屏上操作動作停止，相應(yīng)設(shè)備復(fù)位。

洗掃車工作時，噴桿噴出高壓水，掃刷配合掃路，工作過程中，產(chǎn)生的臟水與雜物，由本車的吸口吸入污水箱，當清水箱缺水或污水箱污水滿時（清水箱缺水，無法進行洗掃工作;污水箱污水滿，產(chǎn)生的污水與雜物無法再收集;以上兩種情況，均無法繼續(xù)工作。），上裝控制器收到清水箱缺水或污水箱水滿的信號，自動復(fù)位當前的工作狀態(tài)，并播報清水缺或者污水滿語音報警，上裝顯示屏顯示相應(yīng)報警，避免了司機因清水缺或污水滿繼續(xù)工作，無法達到洗掃效果。

7 推進我國氫燃料環(huán)衛(wèi)車發(fā)展的幾點建議

眾所周知，氫燃料電池汽車的燃料是氫氣，排放物是水，排放的水可以直接飲用，其環(huán)保性可見一斑，而水又能通過電解方式產(chǎn)生氫氣，再供氫燃料電池汽車行駛。所以，在技術(shù)上氫燃料環(huán)衛(wèi)車是完全可以實現(xiàn)的。

（1）加強研發(fā)投入，突破共性關(guān)鍵技術(shù)。一是要提高電堆的工作電流密度，提高電堆的體積和重量比功率，降低電堆的成本;二是研究電堆的衰減機理，開發(fā)抗腐蝕、穩(wěn)定的新材料，提高發(fā)電機的可靠性和耐久性。

（2）加強政府組織引導(dǎo)，優(yōu)化行業(yè)管理服務(wù)。優(yōu)化氫能源汽車行業(yè)管理服務(wù)，完善氫燃料汽車產(chǎn)業(yè)的管理體系，優(yōu)化氫能源汽車行業(yè)的服務(wù)體系，引導(dǎo)氫能源汽車行業(yè)健康有序發(fā)展。

（3）整合優(yōu)勢資源，規(guī)范產(chǎn)業(yè)布局。優(yōu)先聚焦資源及經(jīng)濟基礎(chǔ)條件相對較好地區(qū)的相關(guān)企業(yè)，集中攻關(guān)氫能燃料汽車行業(yè)鏈的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，大力發(fā)展產(chǎn)業(yè)集群，避免重復(fù)建設(shè)。

（4）加快行業(yè)標準建設(shè)，提高行業(yè)發(fā)展水平。一是理清標準體系框架，明確相關(guān)標準術(shù)語、整車安全、技術(shù)條件、試驗方法、加氫系統(tǒng)等細分領(lǐng)域的標準體系。二是借鑒國外氫燃料電池產(chǎn)業(yè)發(fā)達國家的已建立的相關(guān)標準體系，結(jié)合中國國情與氫燃料電池產(chǎn)業(yè)的發(fā)展狀況，對目前已有的氫燃料電池產(chǎn)業(yè)相關(guān)標準進行修改與完善。

8 結(jié)束語

綜上所述，氫燃料產(chǎn)業(yè)正快速發(fā)展，國家層面高度重視產(chǎn)業(yè)發(fā)展，政策支持力度逐漸加大，地方政府也在加快布局，以搶占氫燃料電池汽車戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展的機遇。氫燃料作為清潔能源，是未來發(fā)展趨勢。我們將持續(xù)專注氫燃料電池技術(shù)創(chuàng)新，爭取在城市清潔中發(fā)展氫燃料環(huán)衛(wèi)車，推動中國氫能健康發(fā)展。

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