關于氫燃料電池汽車和氫氣傳感器的深度探討

2020 年的納博會上，筆者有幸在官方直播間（納博會和與非網(wǎng)合辦）中，與蘇州納格光電的副總經(jīng)理張克棟先生來了一場關于氫燃料電池汽車和氫氣傳感器的深度探討，以下是對討論結果的一種記錄，與小伙伴們分

什么是終極清潔能源汽車？

現(xiàn)下我們對新能源汽車已經(jīng)不再陌生，以豐田普銳斯為代表的油電混合動力車，以比亞迪秦為代表的插電式混合動力車，以 BMW i3 為代表的增程式電動車，還有以尼桑聆風 LEAF、特斯拉為代表的充電式純電動車都在不斷滲透進千家萬戶。但新能源汽車可不止以上四類，比如氫燃料電池電動車、甲醇汽車。

以氫燃料電池電動車為例，國外技術已相當成熟，它是一種使用電動機驅(qū)動，以氫燃料經(jīng)電化學反應產(chǎn)生的電能為動力源的新能源汽車。由于化學反應后只生成水，排放接近于零，對比鋰電池類新能源汽車，消費者沒有續(xù)航焦慮問題，無需改變使用習慣，加氫過程只需 5 分鐘，長期使用后也沒有大容量電池報廢后帶來的污染問題，因此被稱為終極清潔能源汽車。

我國將在氫燃料電池汽車布局上面拉近與國外的差距？

在討論差距之前，我們先來了解一下歷史。如果說電動汽車的歷史可以追溯至 1834 年 Thomas Davenport 在美國制造出第一輛直流電機驅(qū)動的電動車的話，燃料電池汽車歷史也是相當悠久的。1838 年，德國化學家克里斯提安·弗里德里?！ど邪嗵岢隽巳剂想姵卦?，20 世紀 60 年代，首次應用在美國航空航天管理局的阿波羅登月飛船上，但受到技術與成本的限制，發(fā)展速度緩慢，一直停留在演示階段。

直到 2014 年，燃料電池技術有了長足的進步，在以豐田等日本公司的大力推進下，部分燃料電池汽車已實現(xiàn)量產(chǎn)，比如豐田 Mirai（4 座，續(xù)航里程 500 公里）。率先布局氫燃料電池汽車這一點，或許與日本資源匱乏不無關系，此外日本這幾年也出臺了不少政策，來鼓勵發(fā)展先進的傳統(tǒng)燃油發(fā)動機和電動發(fā)動機，簡單來講就是雙管齊下，而中國在政策端，雖然科技部的萬鋼部長在 2002、03 年歸國之時就開始推行氫燃料電池汽車，但總補貼的角度來看，還是以鼓勵純電動為主的布局，直至 2017、18 年，國家開始大力發(fā)展氫能源，并在 2020 年 11 月 2 日國務院出臺的《新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃（2021-2035）》中特別提到要“有序推進氫燃料供給體系建設”，但總的來說，對比日本或者歐美，我們是落后的。

但是，從另外一個方面講，當年我國在燃油汽車方面落后很多代，包括現(xiàn)在的燃油車發(fā)動機都不是很好，但在氫燃料電池汽車方面，我們有很多自主知識產(chǎn)權，能生產(chǎn)目前世界上最高效率的電堆，不能說是世界領先，但在某些關鍵技術方面，與國外發(fā)達國家處于并駕齊驅(qū)的態(tài)勢，這一點還是值得肯定的。

為什么氫燃料電池汽車上要安裝氫氣傳感器？

氫氣資源非常好，清潔、可再生，但它容易泄露，且爆炸范圍非常寬，是目前波浪范圍最寬的一種氣體，只要和空氣混合，達到 4%~75%的比例，就會發(fā)生爆炸，屬于一級爆炸氣體。所以，從制氫站、儲氫站、運輸車、加氫站，到氫燃料電池汽車都需要對氫氣進行檢測，盡早發(fā)現(xiàn)泄露，立馬關掉閥門并發(fā)出警報，降低安全隱患。

此外，對于氫燃料電池汽車而言，氫氣傳感器不僅能用于監(jiān)測氣罐和電堆端氫氣的泄露，還能用于檢測排放尾氣中的氫氣濃度。燃料電池汽車也就能根據(jù)這些監(jiān)測的信息來實時分析電堆的性能和反應程度，從而及時調(diào)整相關輸入指標或數(shù)據(jù)配置來實現(xiàn)車輛的安全、高效運行。

車規(guī)級氫氣傳感器市場規(guī)模有多大？

以氫燃料電池汽車為例，一般需要配置 3~5 個氫氣檢測模塊。

此外，要研究車規(guī)級氫氣傳感器市場，我們就要與氫燃料電池汽車落地情況與趨勢關聯(lián)起來。根據(jù)國務院發(fā)布的新能源汽車產(chǎn)業(yè)藍皮書顯示，到 2025 年，中國的氫燃料電池汽車總量要達到 5 萬輛，到 2030 年，這個數(shù)字將上升為 100 萬輛。因此，假設以 2030 年為時間節(jié)點，每輛車配置 3 個氫氣檢測模塊的話，只是汽車方面的用量就要達到 300 萬個，再加上整個產(chǎn)業(yè)鏈上氫氣傳感器的配套情況，保守估計將有 500~1000 萬個的量。

單個模組價格方面，由于目前車規(guī)級氫氣傳感器處于被日本 FIS 和日本理研壟斷的狀態(tài)，日本理研的單價約為 5000 元左右，而日本 FIS 的單價則在 1500 元以上，如果是小批量則可能在 2000 元左右。

因此，假設以 2000 元作為單價計算的話，到 2030 年，中國氫燃料電池汽車對氫氣傳感器的需求價值約在 100 億~200 億元之間。

擺脫依賴進口局面，國產(chǎn)突破在即？

上面也提到了氫氣傳感器目前處于壟斷市場狀態(tài)，這也意味著目前中國對氫氣傳感器進口的依賴程度非常大。這一方面是車用級氫氣傳感器需隨整車一起經(jīng)歷更為嚴苛的高低溫、抗外力、抗電磁干擾和防護等級高等考驗，另一方面也源于國內(nèi)研發(fā)起點較晚，確保產(chǎn)品全面性、可靠性和安全性的設計、分析、驗證和整車測試迭代還不到位。

如何解決上述問題呢？其中值得一提的是目前采用的傳感器廠商聯(lián)合車廠研發(fā)的機制。像國字號的東風、長安、上汽、廣汽，央企一汽，以及民企奇瑞、吉利、長城、比亞迪等都在制定規(guī)劃并有序推薦。整車廠層面來講，上汽是走在比較前面的，比如已經(jīng)發(fā)布的榮威 950 和大通商務車，都是屬于氫燃料電池汽車。而在車規(guī)級氫氣傳感器層面，國內(nèi)主要有蘇州的納格光電和河南日立信在做，兩家的檢測原理不同，蘇州納格光電采用的是納米材料批量印刷技術與 MEMS 工藝，而河南日立信采用的則是鈀合金薄膜吸附原理。就響應速度而言，日本 Fis 可以做到 1s 以內(nèi)，我國本土廠商蘇州納格光電目前可以做到 2s，而河南日立信的稍慢，需要 10s 左右。根據(jù)美國 SAE 標準，對車規(guī)級氫氣傳感器的響應時間要求是 2s 左右，因此蘇州納格光電經(jīng)過嚴格車規(guī)測試的產(chǎn)品已具備進入主流市場的資質(zhì)。

寫在最后

目前豐田 Mirai 在日本、美國加州和韓國等地都賣得很好，經(jīng)過補貼后大概三四十萬的價格，同等級的 B 級車凱美瑞則只要 20 多萬，價格上還是沒有優(yōu)勢。但從價格趨勢來講，就電堆層面，兩年前 10000 元 /Kw，每輛車要配上 30kW，就要花上 30 萬元，而今天這個價格已經(jīng)降到 1000 元 /Kw，降了整整 10 倍，同樣的其他層面的價格也都在往下降，這對于整車推廣是十分有利的。

只是目前除了價格層面，氫燃料電池汽車的發(fā)展還面臨制氫轉(zhuǎn)化效率較低、加氫站配套不足等生態(tài)鏈發(fā)展問題。氫氣傳感器作為其中的一顆螺絲釘，也面臨非常多的挑戰(zhàn)。蘇州納格光電副總經(jīng)理張克棟向與非網(wǎng)吐露：“我們做車規(guī)級氫氣傳感器已經(jīng)有兩年多時間了，目前面臨最大的問題是，這個行業(yè)還沒有出臺標準細則，比如整車氫氣檢測模組安裝數(shù)量、響應時間、回復時間、使用壽命等等，這些都是需要國家層面來制定的。如此，我們企業(yè)才會有看齊標桿，產(chǎn)品也會更加規(guī)范化?！?br /> 編輯：hfy