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一、案例背景介紹
2021年8月，國(guó)家財(cái)政部、工信部、科技部、發(fā)改委、國(guó)家能源局五部門聯(lián)合發(fā)布《關(guān)于啟動(dòng)燃料電池汽車示范應(yīng)用工作的通知》(財(cái)建(2021)266號(hào))，明確北京城市群成為首批示范城市群。為做好國(guó)家燃料電池汽車示范應(yīng)用工作，北京市先后發(fā)布了《北京市燃料電池汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃(2020-2025年》、《北京市氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展實(shí)施方案(2021-2025年)》等文件，進(jìn)一步推動(dòng)北京市燃料電池汽車產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展，引領(lǐng)汽車產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)，進(jìn)一步搶占全球汽車產(chǎn)業(yè)變革創(chuàng)新制高點(diǎn)。
北京英博新能源有限公司(以下簡(jiǎn)稱“英博新能源”)與金龍聯(lián)合汽車工業(yè)(蘇州)有限公司(以下簡(jiǎn)稱“蘇州金龍”)達(dá)成戰(zhàn)略聯(lián)合，共同開發(fā)燃料電池商用車車型，并結(jié)合冬奧會(huì)示范和燃料電池汽車示范城市群的契機(jī)積極探索市場(chǎng)化時(shí)代的燃料電池汽車商業(yè)運(yùn)營(yíng)項(xiàng)目，為客戶提供更加經(jīng)濟(jì)性的綜合性燃料電池商用車應(yīng)用方案，助力燃料電池汽車商業(yè)化進(jìn)程。
二、應(yīng)用場(chǎng)景及問題
車輛運(yùn)營(yíng)方為北京中大旅游客運(yùn)有限公司（以下簡(jiǎn)稱“中大旅運(yùn)”），是專業(yè)的客車運(yùn)營(yíng)平臺(tái)，主營(yíng)業(yè)務(wù)以承接企事業(yè)單位班車、旅游包車、商務(wù)接送等用車為主。
此項(xiàng)目以承接北京日常防疫任務(wù)以及冬奧會(huì)外圍的通勤保障工作為主，冬奧會(huì)會(huì)結(jié)束后，主要作為通勤班車進(jìn)行運(yùn)營(yíng)，后續(xù)再增加科技產(chǎn)業(yè)園區(qū)擺渡車和旅游接駁的應(yīng)用場(chǎng)景。
該應(yīng)用場(chǎng)景的挑戰(zhàn)主要如下：
（1）除政策補(bǔ)貼資金外，為純民間資本運(yùn)作，對(duì)項(xiàng)目的綜合經(jīng)濟(jì)性要求較高，需要將燃料電池汽車的購(gòu)買成本和運(yùn)營(yíng)成本都控制在合理的區(qū)間。
（2）北京地區(qū)冬季嚴(yán)寒，雖然理論上燃料電池汽車相比于純電動(dòng)汽車在嚴(yán)寒天氣的適應(yīng)能力更強(qiáng)，但是在實(shí)際的運(yùn)營(yíng)中，仍然大量存在燃料電池汽車低溫性能不過關(guān)，冬季無法啟動(dòng)，或氫耗過大，續(xù)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(yùn)行，而是會(huì)經(jīng)常根據(jù)不同客戶的實(shí)際需求進(jìn)行調(diào)度，包括本項(xiàng)目前期會(huì)臨時(shí)進(jìn)行防疫工作，運(yùn)營(yíng)路線不固定，因此對(duì)該車輛的續(xù)航里程提出考驗(yàn)。
三、項(xiàng)目實(shí)施及運(yùn)行內(nèi)容
1、車型
此項(xiàng)目使用的“海格”牌KLQ6121HYFCEV1N燃料電池客車，已完成工信部公告申請(qǐng)并納入《道路機(jī)動(dòng)車輛生產(chǎn)企業(yè)及產(chǎn)品》(第347批)、《新能源汽車推廣應(yīng)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(tǒng)、電堆等核心產(chǎn)品，各性能參數(shù)均超過財(cái)建[2020]394號(hào)通知的基本要求。車輛配有燃料電池系統(tǒng)氫耗及運(yùn)行監(jiān)測(cè)，監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)可接入北京市新能源汽車公共數(shù)據(jù)采集與監(jiān)測(cè)研究中心。
圖表：海格牌11.6m燃料電池團(tuán)體客車
2、示范路線
本次11.6團(tuán)體客車的示范數(shù)量為50輛(第一批20輛，第二批30輛)，應(yīng)用于高校及企事業(yè)單位班車通勤、科技產(chǎn)業(yè)園區(qū)擺渡、北京市的旅游接駁三個(gè)應(yīng)用場(chǎng)景。針對(duì)不同的使用場(chǎng)景，共分為3個(gè)一級(jí)應(yīng)用場(chǎng)景，進(jìn)一步細(xì)分為11個(gè)二級(jí)細(xì)分應(yīng)用場(chǎng)景。
本示范項(xiàng)目前期計(jì)劃替換現(xiàn)有線路中的在用車輛，同時(shí)評(píng)估新增線路中的適用性，前期主要集中在圍繞北京的運(yùn)營(yíng)場(chǎng)景。運(yùn)營(yíng)場(chǎng)景總體情況如下：
各分場(chǎng)景的詳細(xì)情況如下：
（1）場(chǎng)景①：通勤班車
通勤班車主要服務(wù)于高校，企事業(yè)單位員工的上下班通勤。此項(xiàng)目負(fù)責(zé)的通勤班車，主要服務(wù)于中國(guó)人民解放軍火箭軍特色醫(yī)學(xué)中心、郵電大學(xué)工會(huì)郵、北廣騰龍、中國(guó)人民武裝警察部隊(duì)印刷廠、北京大學(xué)人民醫(yī)院五家單位，覆蓋區(qū)域較廣，涉及西城區(qū)、朝陽(yáng)區(qū)、通州區(qū)、昌平區(qū)及大興區(qū)等多個(gè)區(qū)域。
針對(duì)于每一個(gè)運(yùn)營(yíng)場(chǎng)景而言，其運(yùn)行路線固定單一，單車單程運(yùn)行里程從20km到50km不等。運(yùn)營(yíng)公司會(huì)根據(jù)每日乘客數(shù)量情況進(jìn)行線路的合理規(guī)劃，平均每車單日里程為68km。
本項(xiàng)目使用車型能夠滿足該運(yùn)營(yíng)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(chǎng)景②：科技產(chǎn)業(yè)園區(qū)擺渡車
科技產(chǎn)業(yè)園區(qū)擺渡車為北京科興生物制品有限公司定制規(guī)劃，其每個(gè)工作日進(jìn)行一次往返客運(yùn)，單程約為30km。
車輛投入及運(yùn)行情況根據(jù)每日員工出勤情況進(jìn)行線路的合理規(guī)劃，采用前一輛車滿載后再啟動(dòng)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(xiàng)目單日運(yùn)行里程較短，對(duì)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(chǎng)景③：旅游接駁
景區(qū)旅游接駁車為非固定線路，主要服務(wù)于北京各個(gè)景區(qū)，組成幾條專線，為社會(huì)旅游團(tuán)進(jìn)行載客運(yùn)輸和服務(wù)。
擬將北京的景區(qū)按照地理位置和游客喜好分為三條路線，后續(xù)可根據(jù)實(shí)際場(chǎng)景進(jìn)行調(diào)整，其中線路一圍繞天安門及附近景區(qū)展開，起終點(diǎn)均為酒店，單日里程約為100km；線路二圍繞八達(dá)嶺長(zhǎng)城、鳥巢及附近景區(qū)展開，起終點(diǎn)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(qū)展開，起終點(diǎn)均為酒店，單日里程約為80km。會(huì)根據(jù)旅游團(tuán)實(shí)際旅游路線情況進(jìn)行線路的合理規(guī)劃，平均每車單日里程為120km。本項(xiàng)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(xiàng)目進(jìn)度及后續(xù)計(jì)劃
該項(xiàng)目從2021年9月開始，通過整車匹配設(shè)計(jì)、整車測(cè)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(wù)以及冬奧會(huì)外圍的通勤保障工作為主，冬奧會(huì)圓滿結(jié)末后，主要服務(wù)于前文中的場(chǎng)景①——通勤班車，截止到2022年8月底，20輛團(tuán)體客車總計(jì)約17萬公里。
由于第一批20輛團(tuán)體客車運(yùn)營(yíng)情況良好，中大旅運(yùn)第二批再采購(gòu)30輛同款車型客車，主要服務(wù)于場(chǎng)景②一科技產(chǎn)業(yè)園區(qū)擺渡車和場(chǎng)景③一旅游接駁的示范運(yùn)營(yíng)，目前該批車已經(jīng)完成上牌正式投運(yùn)。
4、項(xiàng)目經(jīng)濟(jì)性
該項(xiàng)目整車成本可控，其補(bǔ)貼后的整個(gè)車價(jià)格低于當(dāng)前同等規(guī)格的純電動(dòng)客車，同時(shí)，由于其優(yōu)秀的燃料電池系統(tǒng)技術(shù)，以及燃料電池電-電深度很合動(dòng)力系統(tǒng)匹配設(shè)計(jì)和整車能量控制策略優(yōu)化，其整車的氫耗得到了很好的控制，實(shí)跑百公里平均氫耗約為5.5kg，北京市氫氣價(jià)格為30元/kg，因此該車型運(yùn)營(yíng)的百公里燃料成本僅為165元，具有很好的成本優(yōu)勢(shì)。
經(jīng)濟(jì)性數(shù)據(jù)如下：
本項(xiàng)目單車單人里程票價(jià)0.3元/km，單車日均收入指票價(jià)收入（50座車），上座率通常在90%左右，示范應(yīng)用日收益均10505.60元，車輛年運(yùn)營(yíng)天數(shù)在300天左右，單車示范應(yīng)用年合計(jì)收益約4.5萬元。
四、價(jià)值點(diǎn)、創(chuàng)新點(diǎn)和示范性
1、創(chuàng)新點(diǎn)
(1)燃料電池電-電深度混合動(dòng)力系統(tǒng)匹配設(shè)計(jì)
該商用車型的開發(fā)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(dòng)力系統(tǒng)技術(shù)。以動(dòng)力系統(tǒng)耐久性、低溫環(huán)境適應(yīng)性、可靠性、經(jīng)濟(jì)性和動(dòng)力性為目標(biāo)，基于正向設(shè)計(jì)理念，實(shí)現(xiàn)基于燃料電池系統(tǒng)和動(dòng)力電池?cái)?shù)據(jù)特征分析的動(dòng)力系統(tǒng)匹配和選型，完成了電-電混合動(dòng)力系統(tǒng)工作模式劃分、動(dòng)/靜態(tài)響應(yīng)特性設(shè)計(jì)。
(2)整車能量控制策略優(yōu)化
該商用車型搭載了英博新能源燃料電池系統(tǒng)，綜合考慮燃料電池性能、鋰電池性能及整車經(jīng)濟(jì)性，不斷優(yōu)化基于規(guī)則的整車能量控制策略控制參數(shù)。
開展整車能耗的分析、優(yōu)化與預(yù)測(cè)，建立多領(lǐng)域能量的仿真模擬體系，開發(fā)具有自適應(yīng)能力的整車能量控制策略，提高氫燃料電池系統(tǒng)使用效率，降低整車氫耗。優(yōu)化整車動(dòng)力系統(tǒng)功率分配策略、氫燃料電池電堆功率變載點(diǎn)及變載區(qū)間，并針對(duì)駕駛習(xí)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(tǒng)技術(shù)
英博新能源的VENUS-117-01燃料電池系統(tǒng)，采用一體化大功率燃料電池系統(tǒng)技術(shù)，通過采用超薄金屬雙極板、低Pt催化劑、空氣側(cè)無外增濕及智能控制策略，可有效縮小燃料電池系統(tǒng)體積，降低成本。該燃料電池系統(tǒng)額定功率可達(dá)到117kw，最高效率高達(dá)59%，質(zhì)量功率密度達(dá)到642.73W/kg，貴金屬Pt載量為0.4mgPt/cm2，可應(yīng)用于多種車型。
2、價(jià)值點(diǎn)、示范性
(1)商業(yè)化應(yīng)用場(chǎng)景的綜合性探索
燃料電池汽車由于其存在的購(gòu)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(guó)企主導(dǎo)的示范運(yùn)營(yíng)項(xiàng)目，而缺乏民間企業(yè)自發(fā)進(jìn)行采購(gòu)的應(yīng)用案例，英博新能源借助本次燃料電池示范群的契機(jī)，為客戶打造了從購(gòu)買成本到運(yùn)營(yíng)成本都具備經(jīng)濟(jì)性優(yōu)勢(shì)的綜合性解決方案。
(2)冬季燃料電池汽車的低溫性能檢驗(yàn)
燃料電池汽車相比于純電動(dòng)汽車在嚴(yán)寒天氣的適應(yīng)能力更強(qiáng)，然而在實(shí)際的運(yùn)營(yíng)中，仍然大量存在燃料電池汽車低溫性能不過關(guān)，冬季無法啟動(dòng)，或氫耗過大，續(xù)航里程不夠等情況，該項(xiàng)目借助成熟的燃料電池系統(tǒng)冷啟動(dòng)技術(shù)和溫度管理技術(shù)，讓整車成功經(jīng)受住了北京冬季的低溫考驗(yàn)，為客戶帶來了舒適、可靠的用車體驗(yàn)。
五、行業(yè)挑戰(zhàn)及解決方案
燃料電池商用車其傳統(tǒng)的推廣模式主要是依托政府對(duì)燃料電池公交車、環(huán)衛(wèi)車等公共用車進(jìn)行直接采購(gòu)和運(yùn)營(yíng)，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(yè)已經(jīng)進(jìn)入了產(chǎn)業(yè)化前期，僅僅依靠政府的資金支持不利于行業(yè)的發(fā)展，因此如何引導(dǎo)社會(huì)資本參與示范項(xiàng)目的運(yùn)營(yíng)是目前行業(yè)的主要挑戰(zhàn)。
作為社會(huì)資本最關(guān)注的就是燃料電池汽車的經(jīng)濟(jì)性和實(shí)用性，總結(jié)而言，英博新能源聯(lián)合蘇州金龍對(duì)團(tuán)體客車提出的解決方案主要為以下幾點(diǎn)：
1、控制燃料電池汽車整車成本，使之在政策補(bǔ)貼之下的價(jià)格能和純電動(dòng)汽車相比具有經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)：
①通過一體化大功率燃料電池系統(tǒng)技術(shù)，采用超薄金屬雙極、低Pt催化劑、空氣側(cè)無外增濕及智能控制策略，降低燃料電池系統(tǒng)成本；
②通過堅(jiān)持技術(shù)創(chuàng)新和體系管理，燃料電池系統(tǒng)成本得到嚴(yán)格控制，價(jià)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(yùn)營(yíng)成本低于傳統(tǒng)燃油車，同時(shí)也延長(zhǎng)了汽車的續(xù)航里程，更好地滿足長(zhǎng)距離路線的使用：
①燃料電池電-電深度混合動(dòng)力系統(tǒng)匹配設(shè)計(jì)，燃料電池作為主要功率輸出的匹配模式，整車動(dòng)力響應(yīng)更加快速，同時(shí)更利于燃料電池在高效率工作點(diǎn)運(yùn)行；
②整車能量控制策略優(yōu)化，綜合考慮燃料電池性能、鋰電池性能及整車經(jīng)濟(jì)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(yōu)化控制策略；
③一體化大功率燃料電池技術(shù)，空氣側(cè)無外增濕，減少系統(tǒng)功耗和空氣側(cè)壓損，提供系統(tǒng)效率，系統(tǒng)最高項(xiàng)目為59%，為行業(yè)領(lǐng)先水平。
3、優(yōu)秀的低溫性能，通過成熟的燃料電池系統(tǒng)冷啟動(dòng)技術(shù)和溫度管理技術(shù)，燃料電池汽車滿足嚴(yán)寒地區(qū)的使用，相比于純電動(dòng)汽車更具實(shí)用性，讓整車成功經(jīng)受住了北京冬季的低溫考驗(yàn)。
