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长报告 | 燃料电池产业链研究之车企篇(二)
发布时间:2016/7/26 9:37:00
                                                                  (来源:车云网)
       燃料电池汽车呼声越来越高,可能进入新一轮热潮

       1966年,通用汽车首次推出全球第一款燃料电池汽车,这是一款由通用汽车C Handivan改装的汽车,被命名为Electrovan,它是燃料电池动力向汽车应用探索落地的第一步,并由此开启了燃料电池汽车的大时代。

       2000年左右,全球开启第一轮燃料电池汽车研发热潮。美国、欧洲、日本的各大汽车生产厂家纷纷投入巨资开发燃料电池技术、组成联盟进行燃料电池车的相关研究、试验与生产。各大汽车公司,包括奔驰、通用、丰田等都认为,到2004年燃料电池车将能够批量生产。但是由于燃料电池技术、氢能源存储等因素的限制,燃料电池汽车最终没能实现产业化。
       2009年的哥本哈根气候变化大会再一次将节能减排提上议程,政府为达成温室气体减排目标而对燃料电池及燃料电池汽车厂商进行补贴和税收减免,燃料电池汽车再次被业界关注。
       2012年特斯拉全新电动车系列“Model S”首辆电动跑车正式交付再次引发了新能源汽车的新一轮高潮,各大车厂纷纷推出新能源汽车,多个国家也大力出台各种扶持政策促进新能源汽车的发展,特斯拉引领的锂电池纯电动车进入快速发展期。与此同时,作为新能源汽车的一种,燃料电池技术路线也开始得到关注。
       尤其是最近几年,锂动力电池汽车在不断放量的同时也逐步开始面临矿产资源瓶颈、回收难、可能造成的污染大等问题,而与之相伴的是燃料电池技术快速提高、氢能源存储及加氢站建设得到改善、燃料电池综合成本快速下降等各种有利于燃料电池汽车发展的条件逐步具备,燃料电池的呼声越来越高。 
       近一两年,丰田、本田、奔驰、通用、现代、福特、宝马等国际车厂纷纷推出燃料电池汽车计划,推出并研发了多个车型,燃料电池新车型将在2016-2018年密集上市销售。如果说此前的燃料电池汽车还只是概念车型的话,近两三年以来,燃料电池汽车商业化开始被逐步推动。
       目前,丰田、本田和现代等车厂都相继提出燃料电池汽车商业化目标。
       丰田的燃料电池汽车商业化目标最为宏伟,丰田此前提出计划在2015年销售700辆Mirial燃料电池汽车,主要销售对象为日本、美国加州政府部门和机构,并计划2017年在美国销售3000辆汽车,最终2020年该燃料电池车销量达到1万辆。

       现代汽车此前计划2015年全球销售燃料电池汽车途胜达到1000辆;截至2015年5月,现代途胜氢燃料电池汽车全球销量是273辆;而2014年全年的销量才只有128辆。
       目前我们无法确切获取2015全年的最新销售数据,但是按照市场追捧及日本等政府扶持的力度看,两款车型已经带动了燃料汽车产业的新一轮热潮。丰田Mirial燃料电池功率为114kW,现代途胜ix35燃料电池功率为100kW,如果这两款车达到计划销量,将为2015年燃料电池总装容量增加179.8MW,即便销售不达预期,其带动的总装容量上升速度依然惊人,几乎与2014年全年的总装容量相当!
       无论如何,随着各大车厂燃料电池汽车的量产,燃料电池汽车将成为驱动燃料电池总装容量快速增长的重要力量,燃料电池汽车或将迎来新一轮发展期。

       1、丰田执着于汽车燃料电池技术发展,或将引导新一轮燃料电池汽车起飞
       目前新能源汽车主要有纯电动、混合动力和燃料电池汽车三种,纯电动和混合动力拥有较大市场,燃料电池汽车由于技术和成本方面的因素导致商业化应用较落后。丰田是燃料电池汽车领域走得最坚决的厂商之一,除了混合动力汽车大幅推广,燃料电池汽车也不短取得新的突破。
       丰田从1992年起就开始对燃料电池汽车进行研究,其曾在2002年制造过6台燃料电池展示车;2008年,丰田又推出过后继车型FCHV-adv,其里程更长,并且在寒冷的天气下它的启动能力也有了答复提升。
       2013年底,丰田在质子交换膜燃料电池领域取得了重大技术突破,大大降低了车用燃料电池成本,这一技术突破成为里程碑式的事件,带动了它在整个燃料汽车产业的研发进展;2014年12月份,丰田推出了首款燃料电池汽车Mirai,加上日本政府补贴后,已经比最早量产的现代途胜燃料电池汽车便宜了一多半以上,无论是性能指标的提升还是价格成本的大幅下降,Mirai的推出对于燃料电池汽车产业来说都是革命性的跨越。
       丰田认为锂电池能量密度难以有较大提高,因此在不影响汽车载重的情况下,纯电动车巡航里程难以取得较大进展;而燃料电池本身就是一个发电厂,足量的氢燃料就可以使得燃料电池汽车获得较大的巡航里程。根据丰田的研究,假设初始燃料都是天然气,最终转化为动能的能量转化率方面,燃料电池汽车比纯电动占优。因此,在特斯拉风靡全球的同时,丰田却放弃在纯电动领域的布局,着力发展混合动力和燃料电池汽车。
       丰田于2014年12月15日推出的燃料电池汽车Mirai,其燃料电池效率比丰田2008年的燃料电池效率提升了2.2倍。它在3-5分钟可以将储氢罐加满,续航里程可达到600km左右,加氢时间和续航里程与传统汽车无异。Mirai在日本的售价为700万日元左右,享受政府补贴后500万日元,折合人民币29.85万左右。
       Mirai上市后遭到消费者热烈追捧。丰田原计划Mirai在2014年12月15日上市之日起至2015年底的约一年内生产约700辆。但上市后约1个月内,日本的订单量就达到约1500辆,订单势头良好。其从2015年秋季起还在欧洲和美国加州销售,因此丰田建立了满足需求的供应体制,实施增产。增产后,Mirai的年产量2016年扩大至约2000辆,到2017年将扩大至约3000辆。增产后的销售计划将视各国的加氢站建设情况、能源政策、车辆购买补贴及环保规定等行政举措,以及消费者需求重新制定。

       我们看到,丰田在混合动力汽车方面取得了巨大成功,截止到2015年8月,丰田混合动力汽车累计销量突破800万辆,达到804.8万辆。燃料电池汽车是否能重新引领销售热潮?目前我们无法得出结论,但相对可以明确的是,丰田在推动燃料电池技术进步及燃料电池汽车阵营形成的过程中,继续扮演开拓者的角色,它将成为行业能否产业化的最重要的风向标。
       2、现代途胜是全球第一辆量产版的氢燃料电池车
       韩国现代也是积极布局燃料电池的汽车厂商之一。

       2013年,现代就公布了其全新第三代燃料电池车技术,并把这套新系统装配在了现代ix35之上,汽车被命名为途胜燃料电池汽车。这款汽车拥有可提供134马力的最大功率、同时搭配21kwh容量的电池组,其能使整车的最高时速达到160km/h,最大航程则为650公里,这是目前纯电动汽车主流150公里的航程所无法比拟的;与此同时,与此前的第二代燃料电池车系统想比,现代全新的三代燃料电池系统在体积上缩小了25%,能比老系统多存储2.1公斤重的氢燃料。同时,车辆在零下25摄氏度的环境下,也可以正常工作。
       现代汽车此前计划2015年全球销售燃料电池汽车途胜达到1000辆,但是截至2015年5月,现代途胜氢燃料电池汽车全球销量是273辆,虽然相比2014年全年128辆的销量增加了很多,但是全年总销售量没有达成预期。
       现代为了推广途胜燃料电池汽车,开拓了各类新的商业模式。比如,除了整车购买销售,也可以采用租赁形式。例如美国用户首付2999美元,每月需499美元便可以租赁车辆三年,用户可以享受无限的免费加氢以及免费洗车维修服务。
       但是销售依然不给力,其最大主因是配套设施仍不完善,尤其是燃料供给——加氢站的建设。以韩国当地为例,全国仅有11个加氢点,甚至首都首尔也才不过2个而已。而在美国,加氢设施都集中在南加州地区,想增加销量,还要看是否有合适的氢燃料补给站,目前,南加州约有20座加氢站,现代汽车承诺到2017年时会增加到50座,提高途胜燃料电池汽车的使用便捷性。
       3、各车厂都开始积极进行燃料电池技术储备并推出燃料电池新车型
       本田,就在丰田推出燃料电池汽车Mirai不久,本田推出了首款燃料电池汽车CLARITY。该款车充满储氢罐只需3分钟,续航里程超700公里,于2015年10月底再东京车展亮相,将于2016年3月在日本市场上市。该款车的美国版本为“CLARITY FUEL CELL”,将于2016年底在美国加州销售,销售价格为6万美元,同时采用出租的形式,月租金500美元。

       2013年通用和本田宣布将在氢燃料电池车领域展开合作研发。
       通用曾经于 2007 年投放了 100 辆雪佛兰 Equinox 燃料电池汽车直接给消费者使用,2009 年达到了100 多万英里的行驶里程2。在降低成本和提升燃料电池的性能上,通用新一代燃料电池体积比雪佛兰Equinox 缩小了一半,重量减轻了 220 磅,使用的铂金仅为原来的 1/3。预计到2017 年,100kW 燃料电池发动机的铂金用量将下降到 10~15g,达到传统内燃机三效催化剂的铂金用量水平,将为量产做好准备。

       奥迪在2016年北美车展上发布了一款燃料电池汽车h-tronquattro,4分钟充满储氢罐,续航里程高达600公里,百公里加速时间为7秒,最高车速可达每小时200公里。奥迪新任研发总监Stefan Knirsch力挺燃料电池,他认为,相比纯电动汽车,燃料电池汽车采用更小巧、更便宜、更轻便的电池提升车辆性能,而且仅用几分钟即可加满燃料,而纯电动汽车充满电通常需花上数小时,即便是目前研发中的800V充电技术也只能将时间缩短到15分钟。奥迪将引领大众集团环保型氢燃料电池汽车的研发,打造创新先锋的品牌形象。

       奔驰从1994年起就对氢燃料方向进行研发,并推出了第一辆氢燃料原型车Necar1。2017年法兰克福车展有望推出首款氢燃料电池汽车量产车型,命名为奔驰GLCF-Cell,预售价格为5万英镑,约合47.4万人民币。该车3分钟可充满储氢罐,续航里程为402-483公里。
       福特汽车最早于上世纪90年代初便开始研发燃料电池汽车,随后推出了代号为P2000的燃料电池车。2016年,戴姆勒宣布同福特、雷诺-日产结成战略合作伙伴关系,共同加快氢燃料电动汽车技术的商业化,三方共同研发的氢燃料电池汽车将于2017年推出。
       日产曾在2012年巴黎车展上展示过一款叫做Terra的氢燃料电池电动概念SUV,氢燃料电池将为三个电动马达提供能源,并有一套可在两驱和四驱间切换的四驱系统,负责把动力高效地传递到车轮上。
       起亚曾透露计划研发一辆氢燃料电池汽车,该车将搭载一个规模相当于2.0L内燃机的燃料电池堆。预计2020年发布,计划每年量产1000辆。
       此外,斯巴鲁、宝马等等国际大型车厂都在全力研发燃料电池汽车,以尽快上市,占领燃料电池汽车市场。

       国内乘用车厂商如上汽集团等在燃料电池领域也进行了积极的准备。
       上汽集团,持有新源动力34%股权,在国内氢燃料车领域处于领先地位。公司在2008年为北京奥林匹克运动会提供20辆氢燃料电池轿车,2010年为上海世博会生产68辆燃料电池轿车,100辆氢燃料电池观光车。在2011年世界氢燃料电池车的必比登挑战赛上,上汽集团的氢燃料电池车得到了"6A"的好成绩。此外,上汽集团宣布在2013年产生50燃料电池车供上汽工作人员试用,并与世界汽车巨头同步;在2015年生产1000辆燃料电池客车,为实施该计划,上汽集团已安排超过2.7亿元人民币开发资金。
       此外,上海大众、长安汽车、一汽奔腾和奇瑞等厂商也分别推出了燃料电池乘用车。
       预计未来随着燃料电池汽车厂商阵营不断扩大,技术持续提升,以及燃料电池汽车量产开始具备规模效应,燃料电池汽车的单位成本将会有较大的下降空间,这将进一步带动燃料电池汽车市场空间的扩大。
       4、燃料电池客车开始大力推广
       如我们在第二章所说,2015年6月17日,日本《产经新闻》数据显示,日本东京都交通局宣布将于7月下旬开始对丰田汽车与日野汽车开发的计划于2016年度上市销售的“丰田燃料电池巴士”进行试运行考核,考核其在东京市中心区域拥堵及频繁变更车道行驶工况下的行驶性能等。
       东京都为了在2020年东京奥运会期间,实现建立“氢能社会示范区”的目标,除准备推广6000辆燃料电池乘用车外,还将逐步将东京的“都营巴士”替换为燃料电池客车,进一步推动燃料电池巴士的应用和产业化。
       此外,美国的Van Hool、New Flyer及德国的戴姆勒等车厂也推出了燃料电池客车。

       国内宇通客车、福田汽车、金龙汽车等多家客车生产企业均已生产出燃料电池客车。
       宇通客车,一直以来高度重视燃料电池客车的研发,属于国内在燃料电池汽车领域积累最深厚的车厂之一。公司是国内新能源客车龙头,2014年市场占有率达到了41.25%。截止2015年底,在全国116个城市累计推广销售节能与新能源客车超过1.6万辆,市场占有率26.76%,稳居客车行业第一。插电式混合动力客车市场占有率在40%左右,纯电动客车市场占有率则
       超过20%,市场占有率均为行业第一。
       2009年,宇通就研发出第一代燃料电池客车。
       2013年,宇通开发出新一代燃料电池客车,整车采用低地板、轮边电机驱动技术和先进的通讯总线技术;同时,宇通完成了国内继北京和上海后第三座、中部地区首座车用加氢站建设,满足了燃料电池汽车示范运行的需求。
       2014年,宇通加入“中国燃料电池汽车技术创新战略联盟”,同年9月,宇通客车通过了燃料电池客车生产资质审查。
       2015年7月,宇通提交的燃料电池客车生产准入申请获得工信部批准,正式列入汽车新产品公告管理,中国质量检验协会团体会员单位郑州宇通客车股份有限公司由此也成为了国内商用车行业首家获得燃料电池客车生产资质的客车厂业。同时,宇通燃料电池客车ZK6125FCEVG1正式列入道路机动车辆生产企业及产品(第274批)公告。此外,宇通建设了国内第三座加氢站,该加氢站可满足10辆燃料电池客车加氢需求,日加氢能力达到250公斤。这使其具备了燃料电池汽车的运行保障能力,满足了燃料电池汽车示范运行的需求。
       2016年1月23日,在北京钓鱼台国宾馆召开的“中国电动汽车2016百人会论坛”上,宇通新一代燃料电池城市客车正式亮相。该车配备了额定功率50kW的燃料电池系统,采用了燃料电池和动力电池组成的电-电混合动力系统,车身前部顶置了8个140L的氢瓶,续驶里程超过300公里,而每一次加氢只需要10分钟-15分钟。

       福田汽车的燃料电池客车在国内技术较为领先。
       2008年5月,在第十届北京国际车展上,福田汽车推出了中国第三代燃料电池技术首款低地板城市客车型,并在不到一周的时间里上榜国家发改委公布的《车辆生产企业及产品(第164批)》。这款福田欧V客车采用全新第三代燃料电池技术,配置镍氢动力电池组,采用电电混合动力,能量转换率达50%以上,启动快,并真正实现了无污染“零排放”,该车的动力系统平台系国家“十一五”、“863”科技成果装车验证,由清华大学组织联合开发。
       2016年1月24日,福田欧V燃料电池城市客车亮相中国电动汽车百人会论坛。
       金龙汽车是国内最早研发氢燃料电池电动公交车的厂商之一。
       2006年,苏州金龙与上海交大等单位合作研制出了国内第一台氢燃料电池电动公交车。
       2008年3月,苏州金龙与清华大学共同承担了国家“863”氢燃料电池动力平台项目建设,又研制出了第三代氢燃料电池城市客车,并获国际氢能组织CIBC颁发的新能源绿色客车奖。
       2014年8月,苏州金龙与清华大学共同研制的第四代燃料电池客车,作为我国首台出口的新能源汽车,成功服务在新加坡举行的“世界青奥会”。
       结盟、合作、标准化、开放专利引领燃料电池汽车发展
       1、燃料电池车厂积极结盟
       2012年6月,日本联合汽车制造业巨头在美国华盛顿举行讨论氢燃料电池汽车取代传统能源汽车长远方案的氢燃料电池汽车峰会,并力争大幅降低燃料电池汽车的技术成本。
       同年10月,丰田、本田、日产以及现代四家日韩厂商在丹麦首都哥本哈根与北欧组织签署了氢燃料电池汽车谅解备忘录,并计划于2014年2017年期间向挪威、瑞典、冰岛及丹麦等北欧国家引入燃料电池电动车,同时建立加氢站等基础设施,合作推广氢燃料电池汽车。
       2、大汽车厂商之间、车厂与燃料电池厂商之间的合作不断
       当前全球汽车产业竞争越加残酷的情况下,强强联合、合作共赢成为最好的市场战略。
       2013年7月2日,本田和通用汽车宣布,将在燃料电池车领域(主要是氢动力车)展开正式合作共同开发,成为业内第三批宣布加入燃料电池开发的大型汽车集团。
       2013年,丰田汽车和宝马集团签订约束性协议,并宣布在2012年6月29日的备忘录基础上细化了合作内容。

       丰田和宝马双方认为燃料电池技术是实现零排放的解决方案之一,两家公司将共享该领域的技术,并联合开发一款基础性燃料电池车系统,不仅包括燃料电池堆栈和整个系统,也包括氢燃料贮存箱、马达和电池。丰田表示计划在2020年前后将合作开发的燃料电池车投入市场,
       而宝马则表示新车发布时间尚未考虑。此外,双方还将联合评估氢燃料相关设施开发项目,并为推广燃料电池车建立必要的标准条款。此前宝马曾于2006年推出过7系氢能源版BMW Hydrogen 7,但一直没有大规模量产。
       2015年,媒体数据显示,丰田将提供给马自达燃料以及插电混动版技术,而马自达将向其提供SkyActiv创驰蓝天动力系统。
       2016年,戴姆勒宣布同福特、雷诺-日产结成战略合作伙伴关系,共同加快氢燃料电动汽车技术的商业化,三方共同研发的氢燃料电池汽车将于2017年推出。
       3、日本厂商不断推动标准化,2013年联合国工作组会议决定采用日本方案的安全标准
       燃料电池车利用燃料电池促使氧和氢发生化学反应产生电力,以此驱动马达并作为汽车驱动力,然而在推进燃料电池车普及的过程中,制定防止氢爆炸的安全标准一直是待解的重大课题。日本于2005年在主要国家中最早制定了安全标准,并一直以此推进谈判。日本方案的安全标准规定,车内用于燃料电池排水的排水管内的氢气浓度不得超过4%。必须配备安全装置,以在管内氢气浓度达到4%后,阻止氢注入,防止爆炸。此外,在耐久性方面,要求容器在承受2万2千次提高或降低内部压力后也不发生变形。
       2013年6月24-28日在瑞士日内瓦召开的联合国工作组会议上,日本、美国和欧盟等33个国家和地区在有关燃料电池车安全性的国际标准方面在采用日本方案上各国正式达成协议,中国和印度等新兴市场国家也表示支持。
       此后日本政府不断简化行驶实验申请手续,以促进丰田和日产汽车等厂商的开发,日系车厂商有望按日本国内性能参数进行出口。
       4、2015年丰田开放燃料电池系统专利,将进一步助推燃料电池汽车市场的发展
       2015年1月,丰田宣布将无偿提供5680项燃料电池系统相关专利(包括正在申请中的专利)的使用权。根据内容,在市场导入初期,丰田无偿提供燃料电池组约1970项、高压储氢罐约290项、燃料电池控制系统约3350项、加氢站相关专利约70项,专利基本涵盖了氢燃料电池系统产业链。
       我们认为,开放专利,是继丰田技术取得重大商业化突破、推出低成本燃料电池汽车Mirai之后的又一个里程碑。仅靠丰田一家或少数几家,难以短时间内推动氢燃料电池车的发展,开放专利让更多车厂参与进来,共同对抗传统燃油车、做大燃料电池汽车市场才是最关键的。
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