氢燃料电池汽车产业深度研究（61页）
1.新能源汽车概论
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1.新能源汽车概论 1.4 新能源汽车发展现状和趋势 1.4.1 全球新能源汽车技术发展
纯电动汽车的历史比燃油车更早，但由于技术的瓶颈导致经过了初期的繁荣之后就一度消沉，直到近些年锂电池技术的不断突破，才被人们重新重视起来。
燃料电池原理很早被提出，但受技术所限与高昂的成本，发展速度十分缓慢。近些年燃料电池相关技术不断进步，特别是丰田等日本公司的大力推进下，部分燃料电池汽车已实现量产。
1.4.2 全球新能源汽车销售情况： 在各国政策支持下，电动车销售增速较快，但整体来看全球电动汽车市场占比仍然比较低，仍有很大的发展前景。目前，全球新能源汽车市场销售主要以纯电动与插电混动为主，从插电混动与纯电动汽车销售来看，2018 年，全球销售超过 500 万量电动车（BEV+PHEV），其中 45%在中国销售， 500 万量中，纯电动占据 2/3。
相较全球汽车销量，目前电动汽车销量占比仍不足 1%，按照 IEA 预测，2030 年电动汽车渗透率将达到 15%，2018 年-2030 年每年则需要增长 30%。 插电混动汽车 2012 年后开始进入市场，目前，中国市场占比约为 25%，美国约为 43%，欧洲市场的PHEV 占比更高。
1.4.3 全球主要国家新能源政策总结 （1）中国： 21 世纪后，新能源汽车作为中国战略发展的重要一环，受到了大力支持。国务院印发的《“十二五”国家战略性新兴产业发展规划》中将新能源汽车列入七大战略新兴产业之一。 《中国制造 2025》提出“节能与新能源汽车”作为重点发展领域，明确了“继续支持电动汽车、燃料电池汽车发展，掌握汽车低碳化、信息化、智能化核心技术，提升动力电池、驱动电机、高效内燃机、先进变速器、轻量化材料、智能控制等核心技术的工程化和产业化能力，形成从关键零部件到整车的完成工业体系和创新体系，推动自主品牌节能与新能源汽车与国际先进水平接轨。”的发展战略，为我国节能与新能源汽车产业发展指明了方向。 “十三五”期间，针对电池、电机、电控等核心关键技术，中国将从基础科学、系统集成技术、共性核心技术、集成开发与示范等方面建设基础设施平台、集成示范平台及国际合作平台，通过平台建设逐步突破燃料电池动力系统、混合动力系统、纯电动力系统等核心关键技术，全面提升中国新能源汽车的研发能力和产业化水平。 在具体的措施方面，国家从财政补贴、税收优惠、汽车使用等方面对新能源汽车给予支持。例如新能源汽车可享受国家补贴与地区补贴，同时免征购置税；对于新能源汽车企业，可以享受减征或免征所得税、减按 15%低税率征税、加计扣除、加速折旧等方面的税收优惠。同时新能源汽车能享受到不限购不限行的政策。2009 年-2020 年，在中国新能源汽车多重优惠政策的支持下，纯电动与插电混动汽车销量大幅度增加，2013-2018 年中国 BEV+PHEV 销量占全世界新能源销量从 8%增长到 45%，同时培育出比亚迪新能源、北汽新能源、广汽新能源、吉利新能源、蔚来、小鹏、威马等多个品牌。 《乘用车企业平均燃料消耗量与新能源汽车积分并行管理办法》自 2018 年 4 月 1 日起施行。双积分政策目的在于强补贴政策逐步减少后，给参与新能源汽车的企业一个温和的补贴方式。同时，通过积分制度，调整车企未来投入重心，推动国内车企在电动汽车邻域实现快速发展，力争赶超传统外国车企。 （2）日本： 日本比中国资源更为匮乏，在新能源汽车布局也更早。与中国支持纯电动汽车所不同的是，日本定义了“下一代汽车”，并对其使用不同的补贴，。 《下一代汽车战略 2010》中，包括“非插电式混合动力汽车（HEV）、纯电动汽车（BEV）、插电式混合动力汽车（PHEV）、燃料电池汽车（FCV(参数|图片)）、清洁能源汽车（CEV）、清洁柴油汽车（CDV）、压缩天然气汽车（CNGV）”等节能与新能源汽车。 中日政策对比分析： 中日两国的政策整体有一定相似之处，但均根据本国汽车产业发展情况在不断调整。
（3）美国： 美国与日本不同，主要通过税费减免方式进行补贴，但效果不够明显。同时，美国各州实行不同的补贴政策，加州使用的是积分政策，与其他州政策有着本质的区别，积分政策效果明显，因此，加州的新能源汽车销量也占据了美国的大半。
加州政府通过建立标准来让市场自行调节，积分政策有效的减少了政府的财政负担，同时激励了企业去研发符合消费者期望的新能源汽车。加州政府也根据市场反馈调整相应标准，使得更符合当前情况。目前，加州使用的是 2016 年版本的 ZEV 积分制政策，将纯电续航里程作为计算积分的唯一指标，使得高效低排放与普通混动汽车不再获得积分。 中国早期学习日本、欧洲的补贴方式，导致了抢装、质量低下、骗补的问题，现在加强了监管、同时采取新的积分政策符合未来新能源汽车发展趋势。新的积分政策有利于淘汰劣质车型，减少我国的财政补贴的负担，一定程度上还可以培育新进入的新能源汽车公司。 1.4.4 新能源汽车行业发展趋势总结 （1）短期趋势 随着电动车技术不断完善，基础设施建设逐渐推进，续航问题不断改善，消费者对新能源汽车认知、认可程度越来越高，预计到 2020 年，纯电动汽车销量会继续快速增长。 全球来看，在发达国家与地区，混动汽车与纯电动汽车更受消费者欢迎。 国内基于环保、能源安全、技术发展的考虑，仍会选择纯电动汽车作为发展方向，优惠政策会偏向于纯电动汽车。 空间分布上，大城市的充电桩建设逐渐完备，纯电动汽车使用体验与传统汽车相近，在其他一些充电设施建设还不到位的地区，收入较高的家庭会选择混动汽车作为交通工具。 （2）中期趋势 预计到 2030 年，电池容量将能够满足大部分出行需求，基础设施建设基本完善，快速充电技术逐渐成熟。人们对电动车的认知改变，自动驾驶技术逐渐成熟。 全球来看，纯电动汽车在发达国家基本普及，在发展中国家普及率逐渐提高，插电混动汽车将作为长距离交通工具使用。氢燃料电池成本不断下降，储氢、制氢技术获得突破。有条件的政府通过采购用于公共交通来推广氢燃料电池汽车。 国内政策层面，补贴政策转换为温和方式。政策推动因素逐渐减弱，消费者自由选择自己喜欢的汽车类型，考虑价格因素，纯电动占据主要销量。 （3）长期趋势 预计 2030 年之后，电池充电速度将得到极大的改善，电池能量密度持续提高。电动车充电方式多元化，快速无线充电逐渐普及，传统汽车便利程度不如电动车，新购买者更多选择纯电动出行，少数专业领域仍将使用汽油、柴油车。同时，氢燃料电池技术逐渐成熟，制氢效率大幅度提高，电动汽车报废电池的问题逐渐被重视，政府开始鼓励氢燃料电池汽车，氢燃料电池汽车进入快速增长期。 2.燃料电池汽车介绍 2.1 燃料电池汽车定义 燃料电池汽车英文缩写 FCV，是一种利用氢燃料作为长时间续航，传统电池作为瞬间大电流输出互相配合的一种新型动力汽车。车用燃料电池系统通常使用高纯度的压缩氢气或者甲醇、甲酸、固态储氢等其他介质加重整系统所得到的高纯度氢气。与传统的电动汽车相比较，燃料电池汽车的电力来源为氢气通过燃料电池系统发电，传统电动汽车的能源来自于电网。 2.2 燃料电池汽车结构 以 Mirai(参数|图片) 为例，首先是位于车头的动力控制单元，动力控制单元能在不同的行驶工况下控制不同的充放电策略。 电机，它由驱动电池和燃料电池来供电，受前端的动力控制单元控制。 升压逆变器，它把电池输出的低压 DC，转换成高压 AC，供给交流电机。 燃料电池反应堆，输出功率为 114kW，是整车的动力来源。 驱动电池，用来回收制动能量（再生制动），加速时辅助燃料电池供电。 储氢罐，由三层碳纤维强化塑料结构构成，700 个大气压，氢气解压后以液态氢的方式储存在燃料电池中，添加液态氢的过程加满大约需要 3-5min。
3.燃料电池汽车的发展现状和趋势 3.1 国际发展现状 车用燃料电池稳步发展。氢燃料电池及氢燃料电池汽车的研发与商业化应用在日本、美国、欧洲迅速发展，美日韩德等国巨头车企的燃料电池汽车已经量产或即将量产。据统计，2018 年全球燃料电池总体出货量预计达到 75000 台，较 2017 年增加 4000 台；装机容量达到 800MW，较 2017 年增加 145MW。其中约10%用于汽车中，而 2014 年仅 3%左右。
氢燃料基础设施正稳步推进。世界主要发达国家从资源、环保等角度出发，都十分看重氢能的发展，各国氢能源的基础设施建设规划都在有条不紊的进行中。在制氢、储氢、加氢等环节持续创新，氢能和燃料电池已在一些细分领域初步实现了商业化，同时加氢站也在持续建设和发展。根据 H2stations.org 网站公布的数据，截止 2018 年底，全球加氢站数目达到了 369 座，年度新增 48 座，其中 273 座对外开放，其余加氢站只能为特定用户提供服务，如公共汽车及车队客户。
整车供应商积极推进。例如，宝马与丰田在燃料电池等多个方面进行了合作，结合了宝马在动力系统和车辆轻量化设计方面优势与丰田的燃料电池方面的优势。在“2015 宝马创新日”上展出了 i8(参数|图片) 氢燃料电池车，i8 实验用车采用最大输出功率可达 188kW 的氢燃料电池组。它的创新之处在于将低温储氢罐置于车身平台中心处，为后置的电动机提供电力，也为整车前后重量比做平衡。
需求导向行业持续发展。根据国际新能源委员会统计，到 2020 年，世界对氢能的需求将达到 10EJ，2040 年后需求会大幅度增长，2050 年全球需求将达到 80EJ，整个产业会更加成熟和完善，包含发电、工业能源、交通工具、建筑供电等多重用途。 3.2 国内发展现状 整体来看：核心技术不断进步，但是与国际领先水平差距较大。 整车开发方面，目前，我国已经初步掌握整车、动力系统与核心部件的核心技术并具有整车生产能力。但是，在燃料电池汽车车型平台开发方面，以上汽股份、上海大众、一汽、长安、奇瑞等公司为代表开发的燃料电池轿车均基于传统内燃车或纯电动汽车进行改制，尚未掌握燃料电池汽车专用车身、底盘开发、底盘动力学主动控制等关键技术。 燃料电池电堆开发方面，已形成包括明天氢能、新源动力、武汉(参数|图片)理工新能源、弗尔赛、等在内的具有自主知识产权的燃料电池电堆生产厂家，在电堆上游配套方面，MEA、碳纸、质子膜、石墨双极板和金属双极板等均已实现国产化。目前已具备 60kW 以内的单个燃料电池电堆开发能力，体积比功率基本可达到2.0kW/L，与国际领先水平 3.1kW/L 仍有差距。 产业链细分领域： 车载储氢和供氢技术方面，我国基本掌握了 35MPa 高压储氢罐和加注系统关键技术，实现高压氢气瓶等部件国产化开发，但某些关键阀门、管路、传感器等国内尚停留在研究或小批量阶段，仍依赖进口。70MPa氢气存储关键技术已取得突破，III 型储氢瓶已有批量产品，但阀门、管路等关键部件仍然处在研发阶段，制约了我国低成本燃料电池乘用车的开发进程。在供氢方面，国内已开发出可满足 60kW 以内燃料电池发动机需求的引射式供氢组件产品，而对于回氢泵，尚未掌握其核心技术。 燃料电池用无油空压机方面，雪人股份通过股权收购的方式取得了双螺杆空压机的核心技术，德燃动力通过自主开发的方式已掌握可满足 60kW 以内燃料电池发动机用空压机技术，另外清华大学、西安交通大学等高校也这些方面进行了大量研究和开发工作。 燃料电池发动机可靠性、寿命和环境适应性方面，在车载工况下，目前的使用寿命在 3600 小时左右，大约 3000km 需要进行相应的维护，冷启动温度为-20℃，这与国外的燃料电池发动机相比，尚有差距，制约了我国燃料电池汽车的商业化推广。 3.3 国内外政策比较 3.3.1 欧洲：促进“交通与氢能”融合，持续稳定支持产业发展 欧盟一直致力于促进“交通与氢能”融合，支持氢能和燃料电池产业发展。 欧盟 2016 年发布的《可再生能源指令》等政策文件均提出将氢能作为能源系统的重要组成部分，正在推进的《燃料电池和氢能实施计划》的实施周期是 2014～2020 年，主要目标是，到 2020 年，将氢能和燃料电池应用在固定式能源供应和交通方面。欧盟的重点支持方向包括： 1、交通产业：道路交通、非道路交通和机械、基础设施等； 2、能源产业：氢气制备、运输、储能、发电、热电联产等。 2019 年 2 月 12 日，燃料电池和氢能联合组织（FCH JU）在发布的“ 欧洲氢能路线图”，该路线图根据 17 个欧洲主要工业参与者的意见制定，将为大约 4200 万辆大型汽车、170 万辆卡车、25 万辆公共汽车和超 5500 辆列车提供燃料。 3.3.2 美国：大力投资发展 2015 年底，美国能源局向国会提交了《2015 年美国燃料电池和氢能技术发展报告》，肯定了未来氢能市场的发展潜力，大力投资发展先进氢能与燃料电池技术。 据统计，美国仅 2016 年内就有 10 个州颁布相关政策，支持燃料电池产品逐步投入市场，包括氢燃料电池汽车税收减免，在工厂、居民区等地安装部署燃料电池发电系统等。 此外，根据美国联邦公路局公布的“国家替代燃料与充电网络”规划，美国全境 35 个州将形成以 55座加氢站为基础节点的“氢能网络”，加利福尼亚州、科罗拉多州、佛罗里达州、纽约州、威斯康辛州等 10个州将率先启动建设工作。目前，美国燃料电池乘用车保有量领先全球：丰田 Mirai 在美国销售了超过 2 900 辆燃料电池汽车。 3.3.3 日本：领航燃料电池发展，政策多举并进 日本是全球发展燃料电池最积极的国家。由于国土资源的限制以及地理环境的因素的制约，日本非常重视可再生能源的应用，希望能实现能源独立。 2013 年，日本政府推出《日本再复兴战略》，把发展能源提升为国策，并启动加氢站建设的前期工作。 2014 年日本经济产业省发布了《氢能与燃料电池战略路线图》，制定了“三步走”发展计划，该路线图于 2016 年进行了修订。日本对氢能和燃料电池的扶持政策主要包括研发、示范和车辆补贴等方面。 在研发方面，2017 年日本经产省对燃料电池研发补贴共计 129 亿日元，包括燃料电池、加氢站、氢能供应链 3 个方向。从 2017 年开始，固定式燃料电池由家庭应用扩大到商业和工业应用，并计划在 2020 年达到 1400 万套规模，2030 年达到 5300 万套规模。 在车辆补贴方面，实施新能源汽车绿色税制政策，根据汽车种类和指标，可以享受车重税和汽车购置税 50%～100%的减免，同时在加氢站建设方面给予大约 50%的补贴。据统计，2014 年日本对国内所有加氢 站的补贴总额高达 72 亿日元（约合 6000 万美元）。 3.3.4 中国：政府大力支持产业发展，地方政府为氢能发展保驾护航 我国《“十三五”战略性新兴产业发展规划》、《能源技术革命创新行动计划（2016～2030 年）》、《节能与新能源汽车产业发展规划（2012～2020 年）》、《中国制造 2025》等国家规划都明确了氢能产业的战略性地位，纷纷将发展氢能列为重点任务，将氢燃料电池汽车列为重点支持领域。2016 年工信部组织制定的《节能与新能源汽车技术路线图》明确提出：2020 年实现 5000 辆级规模的氢燃料电池汽车，在特定地区公共服务用车领域的示范应用，建成 100 座加氢站；2025 年实现 5 万辆规模的应用，建成 300 座加氢站；2030 年实现百万辆氢燃料电池汽车的商业化应用，建成 1000 座加氢站。 此外，北京，上海，山西，武汉，佛山，苏州，张家口等地纷纷出台氢能扶持政策，为氢能的发展保驾护航。例如《山西省新能源汽车产业 2019 年行动计划》中提到，山西在氢能领域，2019、2020 两年，山西省将培育有影响力的氢能与燃料电池技术研发中心 1 个、燃料电池汽车检验检测中心 1 个，在示范运行城市，建设加氢站 3 座、示范公交路线 10 条，形成 700 台的运营规模。2021 年至 2022 年进行推广应用，公交示范线路 300 条，加氢站增加到 10 座。2023 年至 2024 年实现规模运营，加氢站到达 20 座，全省公交线路开始运行，预计达到 7500 台车辆的运营规模。
3.4 国内外专利情况分析 3.4.1 国家层面 （1）专利数量：日本遥遥领先，中国位居第三 专利申请人一般在其所在国首先申请专利，然后在一年内利用优先权申请国外专利。因此，从专利申请人优先权所属国的数量分布上很大程度上反映了各国在该领域的技术实力。 从优先权专利申请的国家分布情况来看，燃料电池专利技术主要集中在日本、美国、中国、韩国和德国。其中，日本优先权专利数量达到 66971 个（占 56%），处于绝对领先地位，而中国以 9%的份额排名第三。
（2）技术优势：日本全面领先，专利强国各关键技术发展均衡 总体上看，日本、美国、中国、韩国和德国是燃料电池技术主要专利申请国，各关键技术发展比较均衡。日本作为全球专利排名第一的国家，在多个关键技术上均处于绝对领先地位，技术最为全面且没有明显的短板，且控制技术方面的领先优势最为明显。美国和韩国各关键技术发展比较均衡。中国比较重视电极和催化剂的研发，德国比较关注制氢、储氢以及燃料电池加热、冷却技术。
（3）国际布局：日本重视国际市场，中国以本国市场为主 从专利技术国际专利布局上看，日本作为氢燃料电池专利族规模最大的国家，其对国际市场的布局也非常充分，因此除了对本国进行专利保护外，为了在国外生产、销售产品，其必须在国外地区申请相关专利以求获得知识产权保护，从数量上可以反映出其市场战略。 日本除在本国申请外，同时重点布局美国、中国、韩国、欧洲、德国等，其专利布局涉及 39 个国家和专利组织。美国专利数量相当于日本的 1/4，但在专利布局策略上，非常重视专利技术的国际布局，专利布局涉及 49 个国家和专利组织。而中国主要针对本国市场，在国外市场布局的专利数量很少。
（4）国内专利国家布局：国内机构数量领先， 国外专利整体质量较高 国内专利申请的国别分布： 一是国内专利布局方面，国内机构占据半壁江山，与 燃料电池技术相关中国专利共 23544件，其中 53.6%来自我国本土机构的申请，46.4%的中国专利申请来自国外机构； 二是日本对我国市场显示了极大的兴趣，20%的中国专利申请来自日本，之后依次为美国、韩国和德国； 三是来自国外的专利整体质量较高，来自于日本、美国、德国、韩国的中国专利类型以发明专利为主，实用新型专利比例均低于 1%，且排除实用新型专利后，国内机构申请发明专利为 9591 项，国外机构申请发明专利 10831 项，对于质量较高的发明专利而言，国外机构的申请数量明显多于国内机构。
3.4.2 竞争机构层面 （1）国际专利申请人：汽车产业相关公司占比较大，产业技术趋于垄断 目前，燃料电池研发主要以汽车厂商为主，且产业化在即。据统计，燃料电池专利申请人全球排名中，排名前三的申请企业分别为日本丰田汽车、日本日产汽车、日本本田，且排名前 20 位申请企业中上游厂商较少，下游厂商较多，汽车产业相关公司占据较大比重。各企业专利数量上的差距较大，且前五申请人占据行业专利占比较高，技术集中在大厂手中，产业技术趋于垄断。 [文章纠错] 文章网友提供，仅供学习参考，版权为原作者所有，如侵犯到 你的权益请联系542334618@126.com，我们会及时处理。
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