1 氢能一直以来都是全球能源界关注的重点，燃料电池汽车则是氢能应用与发展道路上的重要领域之一。作为具有战略意义的清洁能源，全球多个国家已经将其纳入国家战略规划中，并加快推进燃料电池汽车商业化示范和应用，如日本、韩国及欧洲部分国家，中国也明确将氢能写入《中华人民共和国国民经济和社会发展第十四个五年规划和2035年远景目标纲要》中。自2017年以来，中国氢能与燃料电池汽车发展极为迅速。截至2022年6月底，国内燃料电池汽车保有量已超10000辆，累计销量9487辆；2022年上半年，国内燃料电池汽车销量为1033辆，同比2021上半年的637辆大幅提升，增幅达62%。 车载供氢系统是氢燃料电池车的关键组成部分，主要功能有两点：一是储存氢气，二是车辆行驶过程中向电堆（即化学能转化为电能部件）提供满足压力、流量需求的氢气。氢气属于易燃易爆且小分子易泄漏气体，因而在整个调压输送过程中，密封是很重要的环节。同时，电堆对于氢气流量的稳定输送以及快速响应流量需求变化有较高要求，而且供氢系统中调压模块的设计可以有效改善氢燃料利用效率，因而供氢系统的设计对燃料电池整车的安全与稳定性具有重要意义。 高压气态储氢具有结构简单，充放氢速度快等优点，是目前最主要的车载储氢方案。车载储氢瓶与工业气瓶的服役要求，工作环境不同，具备的特点也不同，其特点主要包含体积受限，充装要求特殊，服役时间长，使用环境复杂等。储氢瓶一共有四类，依次被称为I型、II型、III型与IV型瓶。目前，轻量化，高密度已成为车载储氢瓶的主要要求，故III型瓶与IV型瓶已成为各大厂家生产的主要类型。 2 随着燃料电池汽车市场逐步火热，供氢系统产业链也逐步迎来了产业降本期，众多国产企业纷纷入局，零部件供应企业也在逐步增多，供氢系统市场规模正在快速提高。 势银（TrendBank）作为国内最早从事氢能与燃料电池产业研究的咨询机构，深耕氢能产业多年，结合已有研究及产业最新动态编写蓝皮书，重点介绍供氢系统技术、市场、供应链现状，为业内企业、政府、投资机构等服务，让业界更多的了解和关注中国供氢系统产业发展情况。 3 4 序言 近期很多人在问，氢燃料电池车何时才能商业化、市场化？我想对于每一位投身于氢能行业的人来说，这个问题只有一个答案——厉兵秣马，蓄势待发。 近年，氢能在交通领域的热度逐年上升，比如围绕燃料电池关键材料和核心技术的加速攻关，以城市客运、重卡、物流等商用车型为先导逐步开展的规模化示范运行，以及加氢基础设施建设的提速等。2022年北京绿色冬奥的成功举办，更是以燃料电池汽车为代表的氢能交通系统发展的示范性体现。冬奥的微火点燃了中国冬季运动的蓬勃发展的信心，同时也点亮了中国重视氢能产业、努力完成脱碳目标的信心。 作为氢燃料电池车的关键部件，车载供氢系统直接影响到汽车的性能与安全。当更多人的焦点聚焦在燃料电池系统时，中材科技（苏州）有限公司与势银（TrendBank）联合推出《2022车载供氢系统产业发展蓝皮书》，也是希望让行业内外越来越多的人，关注车载供氢系统、储氢气瓶的发展，推动该环节的技术进步与新型产品的不断涌现。希望很快，更安全、更高效、更轻量化的储氢气瓶、供氢系统应用在越来越多的乘用车上，走进百姓人家。 5 序言 在双碳目标及“十四五”氢能产业政策指导下，氢能发展前景一片向好。氢能作为清洁智慧能源体系中能源储存和转换的二次能源载体，各示范城市群纷纷将氢能及氢燃料电池产业作为新经济增长点，并相继建立了一系列示范和商业运行。 作为国内绿氢装备“制、储、运、加”全产业链整体解决方案提供商之一，国富氢能在此之前便已经开始了绿氢探索之旅，并在绿氢版图上留下了专属印记。 在2021年，国富氢能正式成立了水电解装置事业部。该事业部的设立，不仅促进了国富氢能液氢战略的进一步完善，还将促使国富氢能液氢全产业链进一步升级为绿氢全产业链，其工作重点是实现MW级电解槽和制氢装置的批量化生产制造与服务。 氢能产业链各环节紧密相连，国富氢能与势银（Trendbank）联合发布《2022车载供氢系统产业发展蓝皮书》，聚焦于氢能储运及利用的关键环节，将与新能源领域各方从业者及研究人员一道，共同探索氢能市场化的经验及发展路径，为推动氢能产业链高质量发展做出贡献。 6 7 8 9 10 11 12 13 中国车用燃料电池的研发经过了四个五年计划的积累，并在 863 计划的相关重大科技专项和项目支持下，中国基本初步掌握了燃料电池汽车整车开发及动力系统集成的关键技术，基本建立了具有自主知识产权的车用燃料电池技术平台，并开展了多层次的燃料电池汽车示范运营，随着五大城市群落地，燃料电池发展步入高速发展新篇章。截至2022年7月，中国燃料电池汽车保有量近11000辆。其中2022年1月至2022年7月份，国内燃料电池汽车上牌装车量达1617辆，已接近2021年整年度的销量（1862辆）。 0500100015002000250030003500201720182019202020212022(1-7月)上牌装车量（辆) 14 氢燃料电池汽车的结构主要包括燃料电池系统、车载供氢系统及动力电池，其核心为燃料电池系统。 燃料电池车上的燃料电池系统也称为燃料电池发动机，主要由氢气循环子系统、空气供应子系统、水热管理子系统、燃料电池电堆和控制子系统组成。 车载氢气供给系统是氢燃料电池车的关键组成部分，主要功能有两点，一是储存氢气，二是车辆行驶过程中向电堆（即化学能转化为电能部件）提供满足压力、流量需求的氢气。氢气属于易燃易爆且小分子易泄漏气体，因而在整个调压 15 输送过程密封是很重要的环节。 同时，电堆对于氢气流量的稳定输送以及快速响应流量需求变化有较高要求，而且供给系统中循环换系统的设计可以有效改善氢燃料利用效率，因而氢气供给系统的设计对燃料电池具有重要意义。 供氢系统由瓶口阀、过流阀、过滤器、减压阀、泄压阀、截止阀、气水分离器及管路和接头组成，根据系统需求不同还配有单向阀、压力感应器等。如图3车载供氢系统原理图所示，氢气由高压储氢瓶释出，经瓶口阀检测温度压力，限流阀检测流量，确认这些气体参数是否在设计允许范围内，否则启动温度紧急泄控装置或过流泄压装置。之后，高压过滤器净化气体，拦截杂质使其不至于污染电堆。根据减压阀性能及瓶口压力的不同设计一级或二级减压，调节氢气压力，为电堆前最后一级减压稳压装置提供足够流量合适压力的氢气。阀后设置了过压泄压阀以防止减压阀失效导致高压气体损坏阀后器件，手动排放阀则为了实验结束在电堆前有泄放管内残余气体的出口。在保证氢气路出口的氢气浓度足够的前提下，为了提高氢气利用率，氢气尾排经历了直排、脉冲排等阶段。 16 氢气供给系统主要性能需求在以下三个方面： 1）管路接口处的高压静密封及阀门密封：其重点在于保证管路、阀门泄漏率在规定范围内，同时要求接头密封性能好，拆装方便，且成本较低。主要采用方式有锥管螺纹密封、球面密封以及平面密封。 2）减压阀减压稳压性能：其重点在于要求减压跨度大，不同流量和阀前压力下减压阀后端压力波动小，同时由于多级减压以及安全保护阀门造成的体积过大，需要对减压模块进行集成以减小体积。 3）管道阀门洁净度：其关键在于选取管道精度等级以及阀门对气体介质纯度影响程度。 车载氢系统根据其功能性可以分为3个模块，分别是储氢模块、加氢模块、调压模块。 储氢模块的重要零部件是高压复合材料气瓶，气瓶框架及低压连接管路;加氢模块中主要零部件是加氢口、过滤器及单向阀等功能部件;而调压模块中最重