燃料电池车行业报告：燃料电池产业蓄势待发前景可期-20190402-招商证券-27页.pdf

敬请阅读末页的重要说明 证券研究报告证券研究报告|行业深度报告行业深度报告 工业工业|汽车汽车 推荐推荐（维持）（维持）燃料电池车行业报告燃料电池车行业报告2019年年04月月02日日 燃料电池产业蓄势待发，前景可期燃料电池产业蓄势待发，前景可期 上证指数上证指数 3091 行业规模行业规模 占比%股票家数（只）185 5.2 总市值（亿元）19605 3.5 流通市值（亿元）15392 3.4 行业指数行业指数%1m 6m 12m 绝对表现 3.5 7.7-11.3 相对表现-2.0-4.9-10.7 资料来源：贝格数据、招商证券 相关报告相关报告 1、2 月同比-16.9%，劝君静候拐点2019 年 2 月乘用车销量点评2019-03-14 2、汽车行业点评：大众汽车调整中国 合 资 公 司 股 比 的 可 能 性 分 2019-03-13 3、他山之石，可以攻玉站在电动车 市 场 转 折 点 上 看 特 斯 拉 2019-03-05 本篇报告分析了燃料电池车产业链，包括下游整车、中游燃料电池系统和上游氢技术，将国内与外国技术水平进行对比，总结了国内外政府对燃料电池技术的支持政策。并分析了影响燃料电池车成本的主要因素，对其商业化前景进行分析。燃料电池是一种清洁能源技术，在多领域有发展前景。燃料电池是一种清洁能源技术，在多领域有发展前景。燃料电池技术具备高效率、零排放等特点，是一种非常有前景的能源技术，受到各国政府和企业的重视。目前已经应用在汽车、叉车、分布式发电、便携式电源备用电源等领域。燃料电池汽车产业链上游主要包括制氢、储氢、运氢，中游燃料电池动力系统包括了燃料电池堆与辅助系统，下游是燃料电池车。国内燃料乘用车与海外差距大，燃料电池商用车或先推广。国内燃料乘用车与海外差距大，燃料电池商用车或先推广。丰田、本田、现代等企业纷纷推出量产的燃料电池乘用车，整车性能在全球领先，并具备一定销量规模，目前通用与本田、宝马与丰田、现代与奥迪进行合作，共同开发燃料电池技术。国内燃料电池乘用车无论从性能还是销量规模上，都与外资企业有一定差距。近年来国内对燃料电池的投入增加，未来国内商用车市场有望率先推广燃料电池车。国内电堆关键材料技术与国外有差距，各国出台政策支持燃料电池发展。国内电堆关键材料技术与国外有差距，各国出台政策支持燃料电池发展。燃料电池系统由电堆和辅助系统组成，电堆的关键材料包括质子交换膜、催化剂、气体扩散层、双极板等，在电堆关键技术领域和储氢技术方面，我们与外资仍有一定差距，关键技术的国产化是未来的发展方向。近年来，各国政府均出台相关政策支持燃料电池的发展。产量规模和铂金属含量影响成本，未来商业化可期。产量规模和铂金属含量影响成本，未来商业化可期。影响燃料电池成本的两个主要因素分别是产量规模和铂金属含量。根据 DOE 的研究，燃料电池系统从年产 1000 套增加到年产 50 万套时，每千瓦的成本从 179 美元下降到 45 美元。随着规模提高和技术的发展，燃料电池成本有较大的下降空间，未来有望商业化。投资策略：投资策略：各国政府积极推动燃料电池的发展，中国非常重视燃料电池产业的发展，并持续给予支持政策。目前中国企业在燃料电池产业上的技术水平与国外公司相比仍有一定差距，未来无论是燃料电池产业还是中国企业，都有较大的发展空间。从技术发展和规模生产两方面考虑，优先推荐产业内的龙头企业，燃料乘用车领域，推荐上汽集团（在燃料电池领域积淀多年），商用车领域，推荐宇通客车（在燃料电池领域发展多年，有产品推出）和潍柴动力（与巴拉德、博世强强联手），材料领域推荐道氏技术（与重塑科技、马东生先生共同出资设立道氏云杉氢能源，主要从事氢燃料膜电极（MEA）等材料的研制和销售）。风险提示：风险提示：1）燃料电池技术发展不及预期；2）燃料电池产业发展规模不及预期；3）燃料电池成本下降速度不及预期。汪刘胜汪刘胜 0755-25310137 S1090511040037 杨献宇杨献宇 S1090519030001 马良旭马良旭 S1090519010005 -40-30-20-10010Apr/18Jul/18Nov/18Mar/19(%)汽车沪深3002 0 1 5 6 0 0 2/3 6 1 3 9/2 0 1 9 0 4 0 3 0 9:5 9 行业研究行业研究 敬请阅读末页的重要说明 Page 2 正文目录 一、燃料电池是一种非常有前景的能源技术.5 二、下游：国内乘用车与海外差距大，商用车或先推广.7 2.1 国际车企巨头纷纷布局燃料电池.7 2.1.1 丰田推出 Mirai，实现商业化量产.7 2.1.2 本田推出 Clarity，积极发展氢能技术.8 2.1.3 现代：全球首款量产 FCV，明确 FCV 路线图.10 2.1.4 合作研发成为趋势.10 2.2 国内企业加速发展燃料电池领域.11 2.2.1 早期高校与企业的研发项目与示范项目.11 2.2.2 上汽集团领跑乘用车市场，推出 FCV80 轻客和荣威 950 轿车.11 2.2.3 宇通客车持续发展燃料电池客车.12 2.2.4 潍柴动力与一流企业合作，强势进军燃料电池领域.12 三、燃料电池技术与氢技术，中国仍有较大进步空间.13 3.1 中游：关键材料技术，中国与国外有一定差距.13 3.2 上游：储氢技术与加氢站数量是我国薄弱环节.16 四、国内外政府出台政策支持.17 4.1 国外政府纷纷出台支持政策.17 4.1 中国政府重视燃料电池发展，大力支持发展.19 五、燃料电池车的商业化前景分析.21 5.1 燃料电池乘用车商业化研究（以丰田 Mirai 为例）.21 5.2 燃料电池客车：技术层面较为成熟，制造成本和使用成本相对较高.23 六、投资策略.25 七、风险提示.26 图表目录 图 1 燃料电池原理.5 图 2 燃料电池车产业链.7 图 3 丰田燃料电池产品.8 图 4 Mirai 历年销量（单位：辆）.8 图 5 丰田新能源汽车技术路线图.8 2 0 1 5 6 0 0 2/3 6 1 3 9/2 0 1 9 0 4 0 3 0 9:5 9 行业研究行业研究 敬请阅读末页的重要说明 Page 3 图 6 本田 Clarity.9 图 7 Clarity 历年销量（单位：辆）.9 图 8 本田发展燃料电池进程.9 图 9 中国燃料电池乘用车发展进程.11 图 10 荣威 950 Fuel Cell.12 图 11 大通 FCV850.12 图 12 燃料电池结构图.14 图 13 燃料电池电池汽车的原理图.15 图 14 燃料电池汽车发展路线图.20 图 15 燃料电池内铂族金属载量(mg/cm2).21 图 16 燃料电池系统成本（美元/kW）.21 图 17 燃料电池车与传统客车的维护与保养成本比较.25 图 18：燃料电池产业链主要公司.26 表 1：不同种类燃料电池比较.6 表 2：荣威 950 Fuel Cell 与丰田 Mirai 以及本田 Clarity 参数比较.13 表 3：国内外燃料电池客车对比.13 表 4：电堆零部件国内外主要供应商.15 表 5：主要国家加氢站数量及规划目标.17 表 6：美国支持燃料电池发展相关政策.17 表 7：日本支持燃料电池发展相关政策.18 表 8：韩国支持燃料电池发展相关政策.18 表 9：欧盟支持燃料电池发展相关政策.19 表 10：中国给予燃料电池补贴政策.20 表 11：燃料电池汽车与传统燃油车、纯电动车比较.21 表 12：Mirai 电堆成本分析.22 表 13：Mirai BOP 成本分析.22 表 14：美国示范项目列表.23 表 15：现阶段技术参数与终极目标对比.23 表 16：燃料电池客车电堆成本.24 表 17：燃料电池客车 BOP 成本.24 2 0 1 5 6 0 0 2/3 6 1 3 9/2 0 1 9 0 4 0 3 0 9:5 9 行业研究行业研究 敬请阅读末页的重要说明 Page 4 表 18：燃料电池客车燃料电池系统总成本.24 2 0 1 5 6 0 0 2/3 6 1 3 9/2 0 1 9 0 4 0 3 0 9:5 9 行业研究行业研究 敬请阅读末页的重要说明 Page 5 一、燃料电池是一种非常有前景的能源技术 燃料电池本质是将燃料中的化学能转化为电能。燃料电池本质是将燃料中的化学能转化为电能。燃料电池（Fuel Cell）是一种主要通过氧或其他氧化剂进行氧化还原反应，把燃料中的化学能转换成电能的发电装置。最常见的燃料为氢，其他燃料来源来自于任何的能分解出氢气的碳氢化合物，例如天然气、醇、和甲烷等。燃料电池有别于原电池，优点在于透过稳定供应氧和燃料来源，即可持续不间断的提供稳定电力，直至燃料耗尽，它不像一般非充电电池一样用完就丢弃，也不像充电电池一样，用完须继续充电。虽然存在多种燃料电池，但它们运作原理基本上大致相同，必定包含一个阳极，一个阴极以及让电荷通过电池两极的电解质。电子由阳极传至阴极产生直流电，形成完整的电路。图图 1 燃料电池原理燃料电池原理 资料来源：公开资料整理，招商证券 燃料电池大体可以分为五类燃料电池大体可以分为五类。各种燃料电池是基于使用不同的电解质、电池大小、工作温度、燃料来源以及燃料的状态来进行分类的，因此电池种类变得更多元化，用途亦更广泛。目前国内外最常用的分类方法是按照燃料电池所采用的电解质类型进行分类。根据燃料电池中电解质的不同，通常可以分为以下五类：质子交换膜燃料电池质子交换膜燃料电池（Proton Exchange Membrane Fuel Cell,PEMFC）通常以全氟或部分氟化磺酸型质子交换膜为电解质，以氢气、烃类、或者氢化物为燃料，是一种以含氢燃料与空气作用产生电力与热力的燃料电池。其中，以氢气燃料电池最受汽车研究与开发人员的注目。它的结构紧凑，重量轻，工作温度低（50-100）、启动迅速，功率密度高，工作寿命长。它的工作原理是：将氢气送到燃料电池的阳极板（负极），经过催化剂（铂）的作用，氢原子中的一个电子被分离出来，失去电子的氢离子（质子）穿过质子交换膜，到达燃料电池阴极板（正极），而电子是不能通过质子交换膜的，这个电子，只能经外部电路，到达燃料电池阴极板，从而在外电路中产生电流。电子到达阴极板后，与氧原子和氢离子重新结合为水。固体氧化物燃料电池固体氧化物燃料电池（Solid Oxide Fuel Cell,SOFC）空气中的氧在空气极/电解质界面被还原形成氧离子，在空气燃料之间氧的分差作用下，在电解质中向燃料极侧移动，在2 0 1 5 6 0 0 2/3 6 1 3 9/2 0 1 9 0 4 0 3 0 9:5 9 行业研究行业研究 敬请阅读末页的重要说明 Page 6 燃料极电解质界面和燃料中的氢或一氧化碳的中间氧化产物反应，生成水蒸气或二氧化碳，放出电子。电子通过外部回路，再次返回空气极，此时产生电能。由于电池本体的构成材料全部是固体，可以不必像其他燃料电池那样制造成平面形状，而是常常制造成圆筒型。熔融碳酸盐燃料电池熔融碳酸盐燃料电池（Molten Carbonate Fuel Cell,MCFC）类似于 SOFC，MCFC 以熔融碱金属碳酸盐作电解质，并在高温下，这种盐变为熔化态允许电荷（负碳酸根离子）在电池中移动。如同 SOFC，MCFC 的缺点包括缓慢的启动时间，是因为它们的运行温度高。这使 MCFC 系统不适合移动应用，而这项技术将最有可能被用于固定式燃料电池。熔融碳酸盐燃料电池技术的主要挑战是电池的寿命短，高温和碳酸盐电解质导致阳极和阴极的腐蚀。这些因素加速 MCFC 元件的分解，从而降低耐久性和电池寿命。磷酸燃料电池磷酸燃料电池（Phosphoric Acid Fuel Cell,PAFC）使用液体磷酸为电解质，通常位于碳化硅基质中。磷酸燃料电池的工作温度要比质子交换膜燃料电池和碱性燃料电池的工作温度略高，位于 150-200左右，但仍需电极上的铂催化剂来加速反应。其阳极和阴极上的反应与质子交换膜燃料电池相同，但由于其工作温度较高，所以其阴极上的反应速度要比质子交换膜燃料电池的阴极的速度快。碱性燃料电池碱性燃料电池（Alkaline Fuel Cell,AFC）以碳为电极，并使用氢氧化钾为电解质。NASA早在 1960 年时便开始将它运用在航天飞机及人造卫星上，包括著名的阿波罗计划也使用这种燃料电池。AFC 的电能转换效率为所有燃料电池中最高的，最高可达 70%。表表 1：不同种类不同种类燃料电池比较燃料电池比较 燃料电池燃料电池种类种类 质子交换膜质子交换膜（PEMFC）固体氧化物（固体氧化物（SOFC）熔融碳酸盐燃料电熔融碳酸盐燃料电池（池（MCFC）磷酸燃料电池磷酸燃料电池（PAFC）碱性燃料电池碱性燃料电池（AFC）电解质电解质 交换膜 钇稳定氧化锆 碳酸锂，碳酸钠，碳 磷酸盐 氢氧化钾 燃料燃料 氢 氢、一氧化碳 氢、一氧化碳 氢 氢 催化剂催化剂 铂 无 无 铂 铂、钯、金及非 运行温度运行温度 50-100（通常为 80）700-1000 600-700 150-200 90-100 电池堆大电池堆大小小 1kW-100kW 1kW-2MW 300kW-3MW 400kW 10-100kW 300kW 模块 100kW 模块 效率效率 60%运输；35%稳态 60%45-50%40%60%用途用途 后备供电装置、便携式供电装置、交通运输、分布式能源 发电、辅助能源、分布式能源 发电、分布式能源 分布式能源 军事、航空航天 优点优点 固态电解质，减少电解质损耗；低温运行；快速启动 高效率；燃料灵活；多重催化剂；固体电解质；高温实现电热联产；循环发电 高效率；燃料灵活；多重催化剂；高温实现电热联产 高温实现电热联产；燃料纯度要求不高 碱性环境中阴极反应更快，效率更高；低成本 缺点缺点 催化剂成本过高；燃料纯度要求高；余热少 高温损坏电池零件；启动时间长 高温损坏电池零件；启动时间长；低能量密度 铂催化剂；启动时间长；低电流和功率 对燃料和空气中的 二 氧 化 碳 敏感；电解质管理 2 0 1 5 6 0 0 2/3 6 1 3 9/2 0 1 9 0 4 0 3 0 9:5 9 行业研究行业研究 敬请阅读末页的重要说明 Page 7 资料来源：公开资料整理，招商证券 燃料电池是一种非常有前景的能源技术，具备许多优点：燃料电池是一种非常有前景的能源技术，具备许多优点：高效率的潜力，由于燃料电池的效率高于内燃机和传统电厂，因此燃料电池可以应用于汽车和分布式发电。燃料电池可以实现零排放，唯一排放的就是未使用的空气和水。燃料电池采用氢作为燃料，采用本地可再生能源电解水或者重组碳氢燃料，可以减少对外国石油的依赖，对国家安全有重要影响。由于以上优点，燃料电池目前已经应用在汽车、叉车、分布式发电、便携式电源备用电源等领域。燃料电池汽车产业链上游主要由氢能产业组成，包括制氢、储氢、运氢以及加氢站，中游燃料电池动力系统包括了燃料电池堆与辅助系统，下游是燃料电池车。图图 2 燃料电池车产业链燃料电池车产业链 资料来源：公开资料整理，招商证券 二、下游：国内乘用车与海外差距大，商用车或先推广 2.1 国际车企巨头纷纷布局燃料电池 2.1.1 丰田推出 Mirai，实现商业化量产 丰田推出丰田推出 Mirai，布局交通，布局交通、家用家用。1992 年，丰田汽车启动 FCV（Fuel Cell Vehicle）技术开发。在 2013 年东京车展，FCV 概念车首次亮相，其水滴状外型亮蓝色房车概念，藉以彰显“水是从氢气动力汽车排气管所排放的唯一物质”。2014 年 11 月，丰田汽车对外发布一则新闻稿和照片，详列量产版燃料电池汽车的规格。也同时公开正式型号名称为 Mirai，取自日文“未来”。Mirai 使用了液态氢作为动力能源，液态氢被储存在位2 0 1 5 6 0 0 2/3 6 1 3 9/2 0 1 9 0 4 0 3 0 9:5 9 行业研究行业研究 敬请阅读末页的重要说明 Page 8 于车身后半部分的高压储氢罐中。Mirai 所使用的聚酰胺联线外加轻质金属的高压储氢罐可以承受 70MPa 压力，并分别置于后轴的前后。液态氢添加的过程与传统添注汽油或者柴油相似，但对于安全性和加注设备具有独立的安全标准。Mirai 系统 9 秒内可从 0 加速到 97 km/h，加速过程中 3 秒内可从 40 加速到 64 km/h。Mirai 充氢气燃料仅花费 3 到 5 分钟，在 JC08 工况下，Mirai 的氢储量可以支持 700 公里续航里程。自 2014 年推出后，丰田 Mirai 的销量一路攀升，根据 markline 的统计，2015 年销量为496 台，2016 年达到 2026 台，2017 年达到 2682 台，2018 年达到 2393 台。图图 3 丰田燃料电池产品丰田燃料电池产品 图图 4 Mirai 历年销量（单位：辆）历年销量（单位：辆）资料来源：丰田中国，招商证券 资料来源：markline，招商证券 图图 5 丰田新能源汽车技术路线图丰田新能源汽车技术路线图 资料来源：丰田中国，招商证券 2.1.2 本田推出 Clarity，积极发展氢能技术 2015 年，本田推出首款燃料电池汽车 Clarity。2016 年 3 月，Clarity 开始交付，但当时面向的是政府级别的客户。2016 年 12 月，本田首辆氢燃料汽车 2017 款 Clarity，开始交付普通消费者。本田 Clarity 最大功率为 130 千瓦，最大扭矩为 300 牛米，小型化燃料电池动力总成与 V6 发动机同等尺寸，全球首次实现装载在发动机舱内，并在全球燃2 0 1 5 6 0 0 2/3 6 1 3 9/2 0 1 9 0 4 0 3 0 9:5 9 行业研究行业研究 敬请阅读末页的重要说明 Page 9 料电池轿车中首次实现了五座大空间；70 兆帕的高压氢气罐，3 分钟即可完成燃料填充，并拥有目前全球零排放车型中最长的 750 公里续航里程。作为全球变暖和化石燃料枯竭课题的解决措施，本田很早就把目光放在了氢气上。本田将只排放水的 FCV 定位为终极环保车，从 20 世纪 80 年代后半叶便展开了积极的研发工作。2002 年，本田开发的“FCX”作为 FCV 车，首次在全球通过了美国环境保护局和加州空气资源管理委员会认定，并在日本和美国开始租售。2008 年，本田先于其他公司，开始了具备革新性轿车型封装和划时代驾乘感的 FCX CLARITY 的租售，而CLARITY FUEL CELL 则是根据上述车型获得的 FCV 的使用便利性和行驶性能等数据开发的。此外，本田也积极建设氢能社会。图图 6 本田本田 Clarity 图图 7 Clarity 历年销量（单位：辆）历年销量（单位：辆）资料来源：汽车之家，招商证券 资料来源：markline，招商证券 图图 8 本田发展燃料电池进程本田发展燃料电池进程 资料来源：本田汽车，招商证券 02004006008001000120014001600180020002016年2017年2018年2 0 1 5 6 0 0 2/3 6 1 3 9/2 0 1 9 0 4 0 3 0 9:5 9 行业研究行业研究 敬请阅读末页的重要说明 Page 10 2.1.3 现代：全球首款量产 FCV，明确 FCV 路线图 现代汽车集团对氢燃料电池汽车研发始于 1998 年，是最早在这一领域取得成就的汽车制造商之一。现代在 2000 年 11 月首次推出了圣达菲氢燃料电池车；2006 年独立研发成功途胜氢燃料电池车；2013 年 2 月，第三代车型 ix35 FCEV 首次量产，这也是全球首款量产的燃料电池汽车，售价高达 14.4 万美元(约合当时人民币 85.5 万元)。ix35 FCEV 搭载了一套输出功率 100kW 的燃料电池系统，两个储氢罐，续航里程达 594 公里，最大功率 134Ps(98kW)，最大扭矩 221Nm，最高时速 160km/h，完全能够满足日常使用的需求。与普通燃油车型相比，ix35 FCEV 另一大优势是在零下 20的环境中依然能够正常点火行驶。现代 FCV 还将进军巴士、出租车和共享汽车市场。继 2009年推出第二代燃料电池巴士之后，现代公司计划于 2020 年推出新一代燃料电池巴士。现代公司在巴黎与蔚山投放 FCV 出租车，目前巴黎拥有 37 辆现代 FCV 服务超过 10万乘客。同时，现代公司与德国林德公司合作在德国慕尼黑推出 BeeZero 共享汽车计划。不同于其它汽车共享服务，BeeZero 将只使用氢燃料电池汽车。该服务于 2016 年7 月 16 日投入运营。BeeZero 汽车共享服务基于区域模式运作。50 辆 IX35 燃料电池汽车将在慕尼黑市中心，以及其他街区投入使用。与传统的汽车共享服务类似，车辆可以很容易地在网上或通过智能手机应用程序预订。2.1.4 合作研发成为趋势 本田与通用成立合资公司，共同研发燃料电池。本田与通用成立合资公司，共同研发燃料电池。2017 年，通用汽车和本田汽车宣布成立业内首家将氢燃料电池系统投入量产的合资企业，为两家公司未来的产品提供先进的燃料电池系统。合作双方将分摊 8500 万美元（约合人民币 5.84 亿元）的初始成本。按照规划，新公司将于 2020 年前后实现批量化生产，所得燃料电池将被广泛运用于合作双方的新车型。此举可依托规模经济和联合采购合力降低开发和制造成本。丰田与宝马丰田与宝马就共同开发燃料电池车达成了协议就共同开发燃料电池车达成了协议。2013 年，丰田就共同开发燃料电池车与德国宝马正式达成了协议。双方将共同展开 4 项开发：作为燃料电池车基础技术的燃料电池系统；跑车；车身轻量化技术；在性能方面超过目前主流的锂离子电池的蓄电池。尤其是燃料电池系统，被视为取代汽油车的新一代汽车的关键基础技术，也是开发竞争十分激烈的领域。现代与奥迪合作研发燃料电池技术。现代与奥迪合作研发燃料电池技术。现代汽车集团和奥迪宣布，他们已签署了一项多年专利交叉许可协议，涉及燃料电池电动汽车(FCEV)的广泛零部件和技术。根据新的合作伙伴关系，这家全球第五大汽车制造集团和德国高端汽车制造商将共同努力开发燃料电池电动汽车，以引领汽车行业走向更可持续的未来。作为第一步，现代汽车集团将向其合作伙伴提供基于现代在开发 ix35 燃料电池和 NEXO 过程中积累的技术诀窍的零部件。下一步合作的目标是在燃料电池技术上引领行业标准，同时加速 FCEV 的发展，并刺激该技术的创新，为客户提供更先进的移动选择。2 0 1 5 6 0 0 2/3 6 1 3 9/2 0 1 9 0 4 0 3 0 9:5 9 行业研究行业研究 敬请阅读末页的重要说明 Page 11 2.2 国内企业加速发展燃料电池领域 2.2.1 早期高校与企业的研发项目与示范项目 我国早期燃料电池汽车的研发以科研所和大学为主。1999 年底清华大学中国第一辆燃料电池汽车，其燃料电池由北京富源燃料电池公司提供。在国家“863”计划的推动下，同济大学相继开发出了“超越”系列。在燃料客车方面，清华大学自主开发了BK6110FCHEV 和 BF6120FCHEV 两个型号的燃料电池客车。而在企业研发方面，上海大众“帕萨特领驭”、上汽集团“上海牌”、奇瑞“东方之子”、长安“志翔”都取得了一定的成果。在 2008 年北京奥运会示范工程中，参与车辆有北汽福田/清华燃料电池大客车 3 辆，上海大众/同济的燃料电池轿车 20 辆。在 2010 年上海世博会示范工程中，我国自主研发的 90 辆燃料电池轿车和 100 辆燃料电池观光车，6 辆燃料电池公交车完满完成世博示范运行，行驶超过 90 万公里，载客超过 180 万人次。图图 9 中国燃料电池乘用车发展进程中国燃料电池乘用车发展进程 资料来源：公开资料整理，招商证券 2.2.2 上汽集团领跑乘用车市场，推出 FCV80 轻客和荣威 950 轿车 在 2017 年 11 月举办的中国国际工业博览会上，上汽集团展示了其氢燃料电池轿车荣威950和燃料电池轻型客车大通FCV80。FCV80的车载储氢罐的氢存储量为6.2千克，储氢压力为 35MPa，单次加氢仅需要 3 分钟。而永磁同步电机的最大输出功率为 100千瓦，峰值扭矩 350 牛米。此外在 40 公里/小时的等速情况下，这款车的续航里程为438 公里。荣威 950 燃料电池轿车是目前国内唯一一款实现公告、销售和上牌的燃料电池轿车。其具备“动力电池+燃料电池”双动力源，可实现纯电动、混动和制动能量回收等模式，同时具备外接电源慢充功能，实现了真正意义上的能源多元化。荣威 950燃料电池轿车最大续驶里程达到 430 公里，能在零下 20环境温度下启动（工信部数据，工况法下续航里程 350 公里，运行温度不低于零下 10 度）。2 0 1 5 6 0 0 2/3 6 1 3 9/2 0 1 9 0 4 0 3 0 9:5 9 行业研究行业研究 敬请阅读末页的重要说明 Page 12 图图 10 荣威荣威 950 Fuel Cell 图图 11 大通大通 FCV850 资料来源：公开资料，招商证券 资料来源：公开资料，招商证券 2.2.3 宇通客车持续发展燃料电池客车 宇通在 2016 北京国际道路运输、城市公交车辆及零部件展览会正式推出第三代燃料电池客车 ZK6125FCEVG2。宇通第三代燃料电池客车基于宇通成熟纯电动平台，采用宇通自制控制系统。其中，第三代燃料电池城市客车采用增程式燃料电池混合动力系统，使燃料电池满足整车能量需求，动力电池满足整车功率需求，有效降低整车成本;并通过控制策略优化进一步降低氢耗，提高续驶里程。而 8 米燃料电池公路客车ZK6826FCEVQ1 采用第三代电电混合动力系统方案，通过优化控制策略提高燃料电池效率及续驶里程，测试工况下续驶里程超过 400 公里，并采用安全、快速加氢技术，实现 510 分钟加氢。此外，该车还使用了全液晶仪表，定位为高端客户的通勤。2016年 12 月 29 日，工信部在官方网站发布 新能源汽车推广应用推荐车型目录(第 5 批)，宇通牌ZK6125FCEVG2燃料电池城市客车和ZK6826FCEVQ1燃料电池客车首次进入新能源汽车推广目录，标志着宇通燃料电池客车已具备示范应用的条件。2018 年推出的第 6 批目录，宇通客车续航里程可达 600 公里，燃料电池系统额定功率为 60kW。宇通计划后续推出第四代产品，继续推进燃料电池客车的市场化进程，将续航里程提升至800km，并可以低至-20正常起动，燃料电池系统寿命长达 10000 小时，整备质量更轻，平均无故障里程将超过 5000 公里。2.2.4 潍柴动力与一流企业合作，强势进军燃料电池领域 2017 年 11 月，潍柴动力与博世签署战略合作框架协议，就未来合力打造国际一流的燃料电池技术产业链及双方在智能制造领域的合作进行了框架性约定。根据合作框架协议，双方将建立国际一流的燃料电池汽车技术创新链和产业链，共同合作开发生产氢燃料电池及相关部件。2018 年 5 月，潍柴动力与全球先进的固态氧化物燃料电池(SOFC)供应商英国锡里斯动力控股有限公司在山东潍坊签署战略合作协议，潍柴动力拟投资 4000余万英镑(约合 3.4 亿人民币)认购锡里斯动力新发行的部分股份，认购完成后持股比例达到 20%，并携手锡里斯动力计划在中国潍坊成立合资公司，在固态氧化物燃料电池领域展开全面合作。2 0 1 5 6 0 0 2/3 6 1 3 9/2 0 1 9 0 4 0 3 0 9:5 9 行业研究行业研究 敬请阅读末页的重要说明 Page 13 国内乘用车商业化发展较慢，部分外资企业发展较快。国内乘用车商业化发展较慢，部分外资企业发展较快。目前荣威 950 Fuel Cell 累计产量一共在 70 台左右，而丰田 Mirai 在全球累计销量已经达到 7597 台，本田 Clarity 销量为 2441 台。荣威燃料电池乘用车与国外之前商业化燃料电池乘用车之间尚存在巨大差距，近年随着现代 ix35，NEXO、奔驰 B-F-Cell、通用 Equinox 等燃料电池乘用车的涌现，外资车企在燃料电池乘用车领域布局不断加速，未来该领域的竞争可能会更加激烈。表表 2：荣威荣威 950 Fuel Cell 与丰田与丰田 Mirai 以及本田以及本田 Clarity 参数比较参数比较 车型车型 荣威荣威 950 Fuel Cell 丰田丰田 Mirai 本田本田 Clarity 车身自重（kg）1800 1530（使用轻量化材料）最大功率（kW）55 114 130 系统体积功率密度（W/L）400 1400 质量功率密度（kW/kg）250 830 储氢罐压力（MPa）70 70 70 储氢量（kg）4.18 5 5 最低启动温度（）-20-30-30 续航里程（km）400（加磷酸锂电池供电）550 750 资料来源：高工锂电，招商证券 燃料电池商用车技术与国外差距相对较小，国内市场空间具备优势。燃料电池商用车技术与国外差距相对较小，国内市场空间具备优势。商用车续航里程要求较高，并且对于加氢站位置要求相对较低，客车车体空间较大，对燃料电池体积要求不高，因此氢气气瓶多为 35 MPa，比较适合燃料电池技术的应用。中国的客车市场空间较大，我国燃料电池商用车，尤其是客车有望首先应用燃料电池车。表表 3：国内外燃料电池客车对比国内外燃料电池客车对比 客车厂家客车厂家 美国美国 VanHool 美国美国 New Flyer 德国戴勒姆德国戴勒姆奔驰奔驰 日本丰田日日本丰田日野野 宇通客车宇通客车 佛山飞驰佛山飞驰 电池功率（kW）120 150 120 228 30/60 88 燃料电池厂家 US Fuel Cell Ballard AFCC Toyota 亿华通 上海重塑 氢气气瓶（MPa）35 35 35 35 35 35 氢气量（kg）40kg 56kg 35kg 18kg 25kg 25kg 耐久性（h）18000 8000 12000 未公开 未公开 10000 续航里程（km）480 480 250 未公开 600 400 整车成本（RMB）未公开 未公开 未公开 未公开 未公开 3 百万 资料来源：上海政飞电子科技有限公司官网，招商证券 三、燃料电池技术与氢技术，中国仍有较大进步空间 3.1 中游：关键材料技术，中国与国外有一定差距 燃料电池的核心是质子导电膜，膜的两侧各有一个多孔电极。这些电极必须是多孔的，因为反应气体是从背面馈入且必须达到电解质和膜的交界面。两个电极之间的多层膜通常称为膜电极或者 MEA（膜电极装配）。然后 MEA 又位于集电器板/分隔器板之间，集电器主要是采集和传到电流，而分隔器主要是在多电池结构中分隔相邻电池中的气体。同时在多电池结构中，一个电池的阴极与相邻电池的阳极物理连接或电气连接，因此成为双极板。从而为反应气体提供路径（流场），并使得电池具有一定的结构刚度。2 0 1 5 6 0 0 2/3 6 1 3 9/2 0 1 9 0 4 0 3 0 9:5 9 行业研究行业研究 敬请阅读末页的重要说明 Page 14 图图 12 燃料电池燃料电池结构图结构图 资料来源：公开资料整理，招商证券 质子质子交换交换膜：膜：燃料电池的膜必须有相对较高的质子导电性，必须对燃料和反应气体的混合物提供足够的屏障，并且必须在燃料电池运行环境中化学和机械稳定。质子导电率是燃料电池中聚合物膜的最重要函数。聚合物膜的质子导电性主要取决于膜的结构及其含水量。水吸收导致膜膨胀并改变其尺寸，这对于燃料电池的设计和装配是一个非常重要的因素。电极：电极：燃料电池的电极实质上是一个位于离聚合物和导电多孔基板之间的催化剂薄层，电化学反应发生在催化剂表面。催化剂：催化剂：催化剂包括贵金属电催化剂（铂族、金、银）和合金电催化剂（抗 CO 中毒的贵金属合金电催化剂、铂与其他过度金属合金电催化剂）。新材料对于铂的替代将成为燃料电池降低成本的主要推动力。铂是 PEM 燃料电池催化剂中最常用的催化剂。为使得由于质子迁移速率和反应气体渗透到催化剂深处所引起电池电位损耗最小，催化剂层应相当薄。同时应最大化金属活性表面积，从而使得 Pt 颗粒应尽可能小。膜电极（膜电极（MEA）：）：膜和催化剂层的组合称为膜电极装配（MEA）。制作 MEA 的第一种方法是将催化剂层沉积到多孔基底上，然后将碳纤维或碳纤维布等所谓的气体扩散层热压到膜上。制作 MEA 的第二种方法是直接将催化剂层应用于膜上，形成一个三层 MEA或催化剂膜。随后增加气体扩散层，作为制作 MEA（在此情况下形成一个五层 MEA）或电池组装配的一个额外步骤。气体扩散层气体扩散层：在催化剂层和双极板层之间的层称为气体扩散层、电极基板或扩散器/集流器。气体扩散层不直接参与电化学反应，但在 PEM 燃料电池中具有多个功能：为反应气体从流场通道到催化剂层提供路径，使之进入整个活性区；为产生的水从催化剂层到流场提供通通路；将催化剂层与双极板电气连接，使得电子形成完整电路；可用于将催化剂层的电化学反应中产生的热传导到双极板，作为一种散热方式；对 MEA 提供机械支撑，防止下垂到流场通道。双双极板：极板：在单体电池中无双极板。在膜电极两侧各装配一个极板可看做一个双极板的两半。通过一个电池的阳极与相邻电池的阴极电气连接，双极板对于多电池配置必不可少。双极板主要是石墨材料和金属材料。金属板必须覆盖非腐蚀性又导电的涂层，如石墨、类金刚石的碳、导电聚合物、有机自组装聚合物等。石墨复合双极板可由热塑性材料或热固性树脂并具有填料以及有或无纤维增强材料制作。2 0 1 5 6 0 0 2/3 6 1 3 9/2 0 1 9 0 4 0 3 0 9:5 9 行业研究行业研究 敬请阅读末页的重要说明 Page 15 表表 4：电堆零部件国内外主要供应商电堆零部件国内外主要供应商 零部件零部件 主要国外供应商主要国外供应商 主要国内供应商主要国内供应商 电堆 巴拉德、丰田等 神力科技、新源动力和广东国鸿等 催化剂 英国庄信万丰（JM）、日本田中（TKK）、比利时优美科（Umicore）、美国 3M 研发阶段（贵研铂业和大连化物所）质子交换膜 美国戈尔、杜邦、陶氏化学、日本旭化成 东岳集团、武汉理工新能源 气体扩散层 日本东丽（Toray），加拿大 Ballard，德国SGL 等 部分企业研发阶段 膜电极组件 美国戈尔，加拿大 Ballard，日本东丽等 武汉理工新能源、新源动力 双极板 美国 POCO、美国 SHF、加拿大 Bllard、瑞典 Cellimpact、德国 Dana 等 江阴沪江科技、上海弘枫等、上海治臻新能源装备 资料来源：公开资料整理 燃料电池系统如果想运行，还需要氧化剂供应、燃料供应、热处理、水处理、功率调节等子系统。图图 13 燃料电池电池汽车的原理图燃料电池电池汽车的原理图 资料来源：公开资料整理，招商证券 氢供应系统：氢供应系统：PEM 燃料电池的燃料是氢，氢储存的最常用方式是在高压气缸，对于汽车应用，采用两种压力标准，即 35MPa 和 70MPa。氢通常必须在进入燃料电池组之前增湿到 100%，以避免由于电渗透前移而使得膜干燥。电池组入口处需要一个增湿器/热交换器，氢可通过注水并同时随后加热以促进水的蒸发，或通过允许水/热交换的膜来增湿。空气供应系统：空气供应系统：在氢/空气系统中，空气由一个风扇或鼓风机（对于低压系统）或空气压缩机（对于加压系统）提供。空气必须在进入燃料电池之前增湿。电气子系统：电气子系统：电气子系统不仅可以将燃料电池产生的功率输送给负载，还可以调节燃料电池输出使之在电压、电流类型、功率以及瞬间响应方面满足负载需求。由于负载的变化，电气子系统必须能够减小或增大燃料电池的电压，需要一个升降压变压器。燃料电池产生的电为直流，一些负载需要交流电，因此需要逆变器。变压