不同应用场景下燃料电池与纯电动汽车成本对比分析

2023年11月24日发(作者：出售08年奥拓大王子)

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不同应用场景下燃料电池与纯电动汽车成本对比分析

高婧

上海捷氢科技有限公司 上海市 201804

摘 要： 本文基于中、美、日三个国家对燃料电池和纯电动汽车商业化成本的测算数据，根据车用燃料电池系统动

力匹配的特点，分析了不同应用场景下燃料电池与纯电动汽车的成本变化规律。总体上，燃料电池汽车在

中重卡领域具有明显优势。

关键词：燃料电池汽车；应用场景；成本分析

1 引言

自今年三月份氢能首次写入政府工作报

告以来，燃料电池汽车再次受到了广泛关注，

氢燃料电池汽车具有续航里程长、加氢时间

短，低温适应性强等优点，在特定领域能够

弥补纯电动汽车的痛点，今年四月份工信部

发言人也曾在发布会上表示，“从技术特点

及发展趋势看，纯电动汽车更适用于城市、

短途、乘用车等领域，而氢燃料电池汽车更

适用于长途、大型、商用车等领域”。本文

基于美国能源部（DOE）、日本新能源产业

技术综合开发机构（NEDO）和中国《节能与

新能源汽车技术路线图》的成本目标测算，

分析了不同应用场景下车用燃料电池与纯电

动汽车的成本对比变化趋势。

全球气候变化引起了越来越多国家的重

视，为了减少碳排放，汽车的碳减排法规提

上日程并越来越严苛。虽然车企在不断改进

汽车的动力系统，提高能源利用率，同时降

低二氧化碳排放量，但是凭借燃油车一己之

力，将不能满足日益严苛标准，这也为汽车

行业带来了巨大的挑战和变革。与电能相比，

业内认为氢能源能实现真正意义上的“零排

放”，能量转换效率也比较高，且为可再生

能源，来源也比较丰富，因此氢能源将会是

未来汽车工业可持续发展的方向之一。目前

国外做的最好的丰田MIRAI和现代NEXO

燃料电池汽车销量已分别达到1万台和2000

余台；中国2017、2018两年的燃料电池汽车美国能源部（DOE）对燃料电池系统的

销量累计也有2000余辆，在上海、河北、河南、规模化生产成本的预测是，2020年成本达

山东、广东等地进行示范运行。到40美元/kW，2030年成本达到30美元

当前燃料电池汽车与纯电动汽车的成本/kW；DOE对动力电池成本目标的预测是

相比十分昂贵，以商用车为例，2017年底国2020年成本达到236美元/kWh。

内第一款批量销售的燃料电池汽车-上汽大中国2017年发布的《节能与新能源汽车

通的FCV80燃料电池轻客，其售价高达人民技术路线图》对车用燃料电池系统提出的成

币130万元，扣除国家补贴50万元、地方补本目标是乘用车燃料电池系统成本2020年

贴50万元后，其价格30万人民币也比同款1500元/kW,2025年800元/kW，2030年

燃油车和纯电动版本更贵。自2017年以来，200元/kW；商用车燃料电池系统成本2020

燃料电池汽车销量每年都达到了千台级，燃年5000元/kW，2025年2000元/kW，

料电池系统的成本有所下降，但2018年燃料2030年600元/kW；储氢系统成本2020年

电池系统的成本仍然高达8000～10000元/3000元/kg，2025年2000元/kg，2030年

千瓦，储氢系统的成本也高达几千元每公斤，1800元/kg；对动力电池提出的的成本目标

以一辆燃料电池系统功率30kW、储氢量5kg是2020年1000元/kWh，2025年900元/

的系统为例，仅燃料电池系统和储氢系统的kWh，2030年800元/kWh。

成本加起来就高达30万元。这样的高成本并日本新能源产业技术综合开发机构

不会令人望而却步，燃料电池汽车长续航和（NEDO）近日公布的《2040年日本国内燃

零排放的优势，以及氢能作为清洁能源的优料电池目标计划》指出，燃料电池系统成本

势，使燃料电池仍然作为一条重要的技术路目标为2000日元/kW,氢瓶成本目标为10

线，受到欧美、日韩和我国的重视，2030年万日元。

中国燃料电池汽车的规划数量达到百万台，本文基于中国、美国和日本的成本预

欧洲和日韩2030～2040年燃料电池汽车规测数据，根据车用燃料电池系统动力匹配

模也将达到百万级，燃料电池汽车的规模化的特点，分析了燃料电池与纯电动卡车、

和技术进步互相促进，必然会导致其成本的客车和乘用车不同车型和应用场景下的成

大幅下降。2015年丰田推出的MIRAI燃料电本变化规律。

池汽车，其成本相比于2008年推出的燃料电

池汽车，下降了95%，便是一个令人振奋的

消息。

2 假设条件

燃料电池汽车动力系统的主要构成是燃

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料电池系统、储氢系统和动力电池。燃料电

池系统通过燃料电池堆、氢气系统、空气系统、

冷却系统、控制系统的协同工作产生电能，

储氢系统存储并提供氢气，动力电池在车辆

启动、加减速等非稳态下提供或回收能量。

车型相似的情况下，燃料电池汽车的续驶里

程主要取决于氢系统的储氢量，纯电动汽车

的续驶里程主要取决于电池的容量，需要注

意的是，锂电池应用于重型车辆时，锂电池

的自重不可忽略，以一辆续航里程200公里的

30吨纯电动卡车为例，锂离子电池容量约为

400kWh,使用300Wh/kg的锂离子电池，其

电池自重就高达1.3吨，如果把续驶里程提高

到800~1000公里，电池自重将高达6吨以上；

而30吨的燃料电池卡车百公里氢耗预估为

20kg左右，使用储氢密度在5.7%的70MPa

储氢系统，续驶里程为1000公里时燃料电池

系统与储氢系统重量的总和仅2吨左右。

对国内现有燃料电池汽车和纯电动汽车

的情况进行统计发现，车型和动力性能相近

的燃料电池汽车与纯电动汽车的电机和内饰、

车身等基本相同，因此本文的成本对比分析

不计入电机和整车件，仅计入差异项，对于

燃料电池汽车，计入燃料电池系统、储氢系

统和动力电池的成本总和，对于纯电动汽车，

计入动力电池的成本。

图1 不同车型和续驶里程燃料电池与纯电动卡车成本对比示例

重卡

能

源

系

统

成

本

/

元

BEV

FCV

0100200300400500

续驶里程/km

动成本，续驶里程越长，成本优势越明显。

通过对比不同车重的数据可以发现，卡车的

重量越大，燃料电池汽车的优势越明显，在

续驶里程500公里处的成本优势以及非常明

显。对于重卡来说，传统的柴油机重卡的续

驶里程在500～1000公里之间，在这个续驶

里程区间内，燃料电池与纯电动相比优势相

当明显。

纯电动相比在重载、长续航领域具有较明显

的成本优势，目前燃料电池的商业化尚处于

起步阶段，无论是国外还是国内的燃料电池

汽车成本都很高，但从长期来看，回顾纯电

动汽车的发展历史，也是一个技术不断进步，

不断规模化、产业化从而带来成本下降的过

程，我们相信技术进步和规模化效应也会推

动燃料电池汽车成本的下降，从而使其达到

市场可接受的水平，能够在重载、长续航、

4 客车及乘用车应用场景分析

通过对比轻型客车、8米城市客车、12

米城市客车的数据发现，在客车领域，规律

与卡车相似，续驶里程低于100～200公里

时，纯电动客车的具有成本优势，随着续驶

里程的增长，燃料电池的成本优势逐渐增大，

根据不同的车型二者成本持平的续驶里程在

100～200公里，且客车的重量越大，燃料电

商用车领域发挥其成本优势，与纯电动汽车

互补共存，推动汽车电动化的进程3。另外，

从市场容量的角度来看，一方面卡车的年销

量和市场容量远大于客车，另一方面在纯电

动汽车“十城千辆”示范运营的过程中已有

相当一部分城市的客车进行了电动化，留给

燃料电池客车的市场空间被压缩，未来燃料

电池在中重卡领域的优势必将逐步显现，中

重卡将会是燃料电池汽车大规模商业化后重

要的应用场景。

3 卡车应用场景分析

本文选择了4吨、8吨、30吨三种卡车

车型，分析了每一种车型不同续驶里程下燃

料电池与纯电动成本的变化趋势。具体纯电

动车型和燃料电池车型的参数信息来自于工

信部的汽车公告信息、汽车企业的宣传信息

等。为了简化成本预测的方法，假设燃料电

池系统的成本与功率呈线性关系，储氢系统

成本与储氢量呈线性关系，动力电池成本与

电池容量呈线性关系。为了成本分析的趋势

更具有代表性，选择了燃料电池发展较好且

有明确成本目标规划的中国、美国和日本的

目标成本，形成成本区间进行分析，见图1。

通过分析数据发现，卡车的续驶里程低

于100～150公里时，纯电动卡车的成本低

于燃料电池卡车，而随着续驶里程的增长，

燃料电池的成本优势逐渐体现，在100～150

公里续驶里程时燃料电池成本开始低于纯电

池的成本优势越明显。但对于路线固定的城

市客车来说，100～200公里的续驶里程大多

数情况下已经基本可以满足运行需求，且有

较为固定的夜间时间进行充电，纯电动客车

的噪声也比燃料电池客车相对较小，因此在

客车领域燃料电池的成本比纯电动有优势，

但综合其他因素而言，优势不如卡车。

对于乘用车，本文对比了A级车、B级

车和C级车燃料电池与动力电池成本的差异，

同样汽车的重量越大，燃料电池的成本优势

越明显。但乘用车纯电动与燃料电池成本持

平的续驶里程点在300～500公里，与商用

车（即客车和卡车）相比，燃料电池在乘用

车领域的优势远没有商用车明显。

参考文献：

[1]中国汽车工程学会，等.节能与新能源汽

车技术路线图[M].北京：机械工业出版社，

2017.

[2]郭继春.领跑“氢时代” 上汽MAXUS FCV80

应运而生[J].商用汽车新闻，2019（39）：9.

[3]曾晓彤.新能源汽车技术路线与专业建设规