寫稿
投稿
一、案例背景介紹
2021年8月，國家財政部、工信部、科技部、發改委、國家能源局五部門聯合發布《關于啟動燃料電池汽車示范應用工作的通知》(財建(2021)266號)，明確北京城市群成為首批示范城市群。為做好國家燃料電池汽車示范應用工作，北京市先后發布了《北京市燃料電池汽車產業發展規劃(2020-2025年》、《北京市氫能產業發展實施方案(2021-2025年)》等文件，進一步推動北京市燃料電池汽車產業高質量發展，引領汽車產業轉型升級，進一步搶占全球汽車產業變革創新制高點。
北京英博新能源有限公司(以下簡稱“英博新能源”)與金龍聯合汽車工業(蘇州)有限公司(以下簡稱“蘇州金龍”)達成戰略聯合，共同開發燃料電池商用車車型，并結合冬奧會示范和燃料電池汽車示范城市群的契機積極探索市場化時代的燃料電池汽車商業運營項目，為客戶提供更加經濟性的綜合性燃料電池商用車應用方案，助力燃料電池汽車商業化進程。
二、應用場景及問題
車輛運營方為北京中大旅游客運有限公司（以下簡稱“中大旅運”），是專業的客車運營平臺，主營業務以承接企事業單位班車、旅游包車、商務接送等用車為主。
此項目以承接北京日常防疫任務以及冬奧會外圍的通勤保障工作為主，冬奧會會結束后，主要作為通勤班車進行運營，后續再增加科技產業園區擺渡車和旅游接駁的應用場景。
該應用場景的挑戰主要如下：
（1）除政策補貼資金外，為純民間資本運作，對項目的綜合經濟性要求較高，需要將燃料電池汽車的購買成本和運營成本都控制在合理的區間。
（2）北京地區冬季嚴寒，雖然理論上燃料電池汽車相比于純電動汽車在嚴寒天氣的適應能力更強，但是在實際的運營中，仍然大量存在燃料電池汽車低溫性能不過關，冬季無法啟動，或氫耗過大，續航里不夠等情況。
（3）通勤班車不同于公交車完全是固定路線運行，而是會經常根據不同客戶的實際需求進行調度，包括本項目前期會臨時進行防疫工作，運營路線不固定，因此對該車輛的續航里程提出考驗。
三、項目實施及運行內容
1、車型
此項目使用的“海格”牌KLQ6121HYFCEV1N燃料電池客車，已完成工信部公告申請并納入《道路機動車輛生產企業及產品》(第347批)、《新能源汽車推廣應用推薦車型目錄》(2021年第8批)，于2021年9月30日工信部正式告。車輛所使用的燃料電池系統、電堆等核心產品，各性能參數均超過財建[2020]394號通知的基本要求。車輛配有燃料電池系統氫耗及運行監測，監測數據可接入北京市新能源汽車公共數據采集與監測研究中心。
圖表：海格牌11.6m燃料電池團體客車
2、示范路線
本次11.6團體客車的示范數量為50輛(第一批20輛，第二批30輛)，應用于高校及企事業單位班車通勤、科技產業園區擺渡、北京市的旅游接駁三個應用場景。針對不同的使用場景，共分為3個一級應用場景，進一步細分為11個二級細分應用場景。
本示范項目前期計劃替換現有線路中的在用車輛，同時評估新增線路中的適用性，前期主要集中在圍繞北京的運營場景。運營場景總體情況如下：
各分場景的詳細情況如下：
（1）場景①：通勤班車
通勤班車主要服務于高校，企事業單位員工的上下班通勤。此項目負責的通勤班車，主要服務于中國人民解放軍火箭軍特色醫學中心、郵電大學工會郵、北廣騰龍、中國人民武裝警察部隊印刷廠、北京大學人民醫院五家單位，覆蓋區域較廣，涉及西城區、朝陽區、通州區、昌平區及大興區等多個區域。
針對于每一個運營場景而言，其運行路線固定單一，單車單程運行里程從20km到50km不等。運營公司會根據每日乘客數量情況進行線路的合理規劃，平均每車單日里程為68km。
本項目使用車型能夠滿足該運營里程要求，平均加氫頻率可做到3天/次，平均每日氫氣需求量為149.6kg。
（2）場景②：科技產業園區擺渡車
科技產業園區擺渡車為北京科興生物制品有限公司定制規劃，其每個工作日進行一次往返客運，單程約為30km。
車輛投入及運行情況根據每日員工出勤情況進行線路的合理規劃，采用前一輛車滿載后再啟動第二輛車的載客形式，保證能源的高效利用，平均每車單日總里程為60km。
本項目單日運行里程較短，對氫氣的需求較低，單次加氫可滿足一周的使用量，平均每日氫氣需求量為40kg。
（3）場景③：旅游接駁
景區旅游接駁車為非固定線路，主要服務于北京各個景區，組成幾條專線，為社會旅游團進行載客運輸和服務。
擬將北京的景區按照地理位置和游客喜好分為三條路線，后續可根據實際場景進行調整，其中線路一圍繞天安門及附近景區展開，起終點均為酒店，單日里程約為100km；線路二圍繞八達嶺長城、鳥巢及附近景區展開，起終點均為酒店，單日里程約為180km；線路三圍繞頤和園、圓明園及附近景區展開，起終點均為酒店，單日里程約為80km。會根據旅游團實際旅游路線情況進行線路的合理規劃，平均每車單日里程為120km。本項目使用車型能夠滿足該配送里程要求，加氫頻率可做到2~3天/次，平均每日氫氣需求量為119kg。
3、項目進度及后續計劃
該項目從2021年9月開始，通過整車匹配設計、整車測試后，于2021年年底完成上牌，并于2022年1月第一批20輛客車投入使用，初期以承接北京日常防疫任務以及冬奧會外圍的通勤保障工作為主，冬奧會圓滿結末后，主要服務于前文中的場景①——通勤班車，截止到2022年8月底，20輛團體客車總計約17萬公里。
由于第一批20輛團體客車運營情況良好，中大旅運第二批再采購30輛同款車型客車，主要服務于場景②一科技產業園區擺渡車和場景③一旅游接駁的示范運營，目前該批車已經完成上牌正式投運。
4、項目經濟性
該項目整車成本可控，其補貼后的整個車價格低于當前同等規格的純電動客車，同時，由于其優秀的燃料電池系統技術，以及燃料電池電-電深度很合動力系統匹配設計和整車能量控制策略優化，其整車的氫耗得到了很好的控制，實跑百公里平均氫耗約為5.5kg，北京市氫氣價格為30元/kg，因此該車型運營的百公里燃料成本僅為165元，具有很好的成本優勢。
經濟性數據如下：
本項目單車單人里程票價0.3元/km，單車日均收入指票價收入（50座車），上座率通常在90%左右，示范應用日收益均10505.60元，車輛年運營天數在300天左右，單車示范應用年合計收益約4.5萬元。
四、價值點、創新點和示范性
1、創新點
(1)燃料電池電-電深度混合動力系統匹配設計
該商用車型的開發基于工況特征和載荷需求，研究全工況燃料電池電-電深度混合動力系統技術。以動力系統耐久性、低溫環境適應性、可靠性、經濟性和動力性為目標，基于正向設計理念，實現基于燃料電池系統和動力電池數據特征分析的動力系統匹配和選型，完成了電-電混合動力系統工作模式劃分、動/靜態響應特性設計。
(2)整車能量控制策略優化
該商用車型搭載了英博新能源燃料電池系統，綜合考慮燃料電池性能、鋰電池性能及整車經濟性，不斷優化基于規則的整車能量控制策略控制參數。
開展整車能耗的分析、優化與預測，建立多領域能量的仿真模擬體系，開發具有自適應能力的整車能量控制策略，提高氫燃料電池系統使用效率，降低整車氫耗。優化整車動力系統功率分配策略、氫燃料電池電堆功率變載點及變載區間，并針對駕駛習慣和不同路況特征，得出最佳能量流分配策略。
(3)一體化大功率燃料電池系統技術
英博新能源的VENUS-117-01燃料電池系統，采用一體化大功率燃料電池系統技術，通過采用超薄金屬雙極板、低Pt催化劑、空氣側無外增濕及智能控制策略，可有效縮小燃料電池系統體積，降低成本。該燃料電池系統額定功率可達到117kw，最高效率高達59%，質量功率密度達到642.73W/kg，貴金屬Pt載量為0.4mgPt/cm2，可應用于多種車型。
2、價值點、示范性
(1)商業化應用場景的綜合性探索
燃料電池汽車由于其存在的購買成本高，加氫困難，性能不成熟等問題，一直以來的主要推廣方式都是以政府或央企、國企主導的示范運營項目，而缺乏民間企業自發進行采購的應用案例，英博新能源借助本次燃料電池示范群的契機，為客戶打造了從購買成本到運營成本都具備經濟性優勢的綜合性解決方案。
(2)冬季燃料電池汽車的低溫性能檢驗
燃料電池汽車相比于純電動汽車在嚴寒天氣的適應能力更強，然而在實際的運營中，仍然大量存在燃料電池汽車低溫性能不過關，冬季無法啟動，或氫耗過大，續航里程不夠等情況，該項目借助成熟的燃料電池系統冷啟動技術和溫度管理技術，讓整車成功經受住了北京冬季的低溫考驗，為客戶帶來了舒適、可靠的用車體驗。
五、行業挑戰及解決方案
燃料電池商用車其傳統的推廣模式主要是依托政府對燃料電池公交車、環衛車等公共用車進行直接采購和運營，但是由于其體量較小，只適用于初期的示范推廣階段，目前燃料電池行業已經進入了產業化前期，僅僅依靠政府的資金支持不利于行業的發展，因此如何引導社會資本參與示范項目的運營是目前行業的主要挑戰。
作為社會資本最關注的就是燃料電池汽車的經濟性和實用性，總結而言，英博新能源聯合蘇州金龍對團體客車提出的解決方案主要為以下幾點：
1、控制燃料電池汽車整車成本，使之在政策補貼之下的價格能和純電動汽車相比具有經濟優勢：
①通過一體化大功率燃料電池系統技術，采用超薄金屬雙極、低Pt催化劑、空氣側無外增濕及智能控制策略，降低燃料電池系統成本；
②通過堅持技術創新和體系管理，燃料電池系統成本得到嚴格控制，價格低于同行平均水平。
2、減少燃料電池汽車氫耗，降低燃料成本，使運營成本低于傳統燃油車，同時也延長了汽車的續航里程，更好地滿足長距離路線的使用：
①燃料電池電-電深度混合動力系統匹配設計，燃料電池作為主要功率輸出的匹配模式，整車動力響應更加快速，同時更利于燃料電池在高效率工作點運行；
②整車能量控制策略優化，綜合考慮燃料電池性能、鋰電池性能及整車經濟性，通過燃料電池高效率工作、鯉電池能量回收、燃料電池余熱利用等方式不斷優化控制策略；
③一體化大功率燃料電池技術，空氣側無外增濕，減少系統功耗和空氣側壓損，提供系統效率，系統最高項目為59%，為行業領先水平。
3、優秀的低溫性能，通過成熟的燃料電池系統冷啟動技術和溫度管理技術，燃料電池汽車滿足嚴寒地區的使用，相比于純電動汽車更具實用性，讓整車成功經受住了北京冬季的低溫考驗。
