參照“前輩”電動汽車發展至今車企紛紛下場自研電池的現狀，可以看到占整車成本40%的動力電池對于傳統主機廠在市場競爭和長期發展上的重要程度。而氫燃料電池系統的整車成本占比更高，達到65%，目前也有不少主機廠已早早入場布局，以期能夠在氫燃料汽車市場機遇到來之時，占據主動位置。

 

具體來看，以氫為動力來源有氫燃料電池和氫燃料發動機（又稱氫內燃機）兩種應用方式。前者靠氫氣和氧氣的電化學反應產生電力驅動，后者類似傳統的燃油發動機，但是以氫為燃料，通過燃燒過程中氣體的膨脹做功產生動力。

 

 

燃料電池（左）發動機（右）工作原理對比

 

兩種路線相比較而言，氫燃料電池的優勢在于轉化效率高，污染排放少，商業化應用程度高，尤其是在轉化效率方面，氫燃料發動機的熱效率很難超過45%，而氫燃料電池的轉化效率已經可以達到60%以上。

 

氫燃料發動機的優勢則在于成本低（是燃料電池的10%左右）、對氫氣的純度要求不高、可通過現有燃油發動機改造而來等。此外，由于氫內燃機在高負荷情況下的輸出效率更高，因此更適合用于中重型卡車等商用車領域。

 

圖片未勢能源氫燃料電池發動機（左）濰柴氫氣內燃機（右）

 

過去車企的目光主要集中在氫燃料電池這一技術路線上，但近兩年來隨著國家層面加大了對氫能產業整體的政策支持力度，同時由于氫燃料電池的技術瓶頸漸顯，氫燃料發動機重新回到了寶馬、豐田、曼恩、一汽、廣汽等一線車企的視野之中。

 

去年8月，工信部就明確表示要將氫氣內燃機納入氫能發展戰略中予以支持，并根據氫氣發動機技術進步和應用推廣情況，提前布局相關標準預研。今年6月，一汽、廣汽、濰柴等企業也均發布了自研氫燃料發動機成功點火的消息。

 

接下來，本文將根據公開資料，盤點國內和國外那些正在自主研發氫燃料電池和氫燃料發動機的主機廠，從氫能布局歷史、產品性能、應用車型、最新動態等方面對這些企業進行系統梳理和簡要分析。

 

一、氫燃料電池主機廠

 

（一）國內廠商

 

1、未勢能源（長城汽車）

 

長城汽車股份有限公司成立立于1984年，公司自2016年開始研發氫燃料電池技術，2019年出資設立了未勢能源，負責氫燃料電池技術市場化運營。

 

2021年未勢能源推出車規級“氫動力系統”全場景解決方案“氫檸技術”，實現了“電堆及核心組件、燃料電池發動機及組件（控制器等）、Ⅳ型儲氫瓶、高壓儲氫閥門、氫安全、液氫工藝”六大核心技術和產品的知識產權的自主化，開發有100kW乘用車氫燃料電池發動機、110kW商用車氫燃料電池發動機。同年，長城未勢能源旗下上燃動力發布第四代燃料電池發動機“超越—神州200”，該發動機額定功率達200kW，質量功率密度760W/kg，最高效率達60%，壽命超15000小時。目前長城未勢能源已完成9億元A輪融資，B輪融資計劃已啟動，IPO合規工作也在穩步推進中。

 

2021年3月長城汽車發布其氫燃料電池發展戰略規劃，根據規劃，2021年長城汽車將推出一款C級氫燃料電池SUV，落地100輛49噸氫能重卡；2022年實現并行氫燃料電池多種清潔應用項目群；2023年實現主要系統集成商推廣數量國內領先；2025年實現全球氫能市場占有率第三。

 

就實際落實情況來看，長城未勢能源與大運、東風和福田三家企業合作的“百輛氫能重卡示范項目”，搭載自主研發的111kW燃料電池系統超越-300EP，已于2021年8月在北京雄安新區投運。C級氫燃料電池SUV暫無市場消息。

 

2、東風汽車

 

東風汽車集團有限公司成立于1969年，是中央直管的特大型汽車企業。公司自2016年開始研發燃料電池汽車，先后推出氫芯、氫元、氫舟技術品牌，東風技術團隊目前已在氫燃料電池系統集成與控制、電堆、膜電極、雙極板等核心零部件上實現了技術自主可控，研發有70千瓦、120千瓦電堆和50千瓦、80千瓦燃料電池系統，并開發了全功率燃料電池車——東風氫舟H2·e，即將開展示范運營。

 

2022年7月由東風技術中心自主開發的東風氫芯H?Core搭載于整車，其中電堆體積功率密度4.0kW/L，可實現-30℃無輔助冷啟動，該批燃料電池廂式運輸車已于武漢經濟技術開發區示范運營，并獲得國家整車公告。

 

“十四五”期間，東風計劃開發300kW級以上氫燃料電池產品，實現燃料電池技術行業領先與整車規模化示范運營。

 

3、一汽

 

中國第一汽車集團有限公司成立于1953年，為國有特大型汽車生產企業，2021年在長春立新能源事業部，計劃要在“十四五”期間投入100億元打造燃料電池整車與系統等專屬基地。氫燃料電池方面，由一汽解放發動機事業部負責電堆組裝、雙極板制備和膜電極集成等工作。2022年7月，一汽全新紅旗H5燃料電池轎車在研發總院試制完成，搭載動力總成部自主研發的第二代燃料電池發動機，該臺發動機體積比功率密度694 W/L，較上一代提升 40%，額定功率65 kW，實現-30 ℃的快速冷啟動。

 

4、廣汽

 

廣州汽車集團股份有限公司成立于1997年，2020年7月，廣汽埃安發布了首款氫燃料電池車AION LX Fuel Cell。該車可在-30℃的低溫一鍵冷啟動，3-5分鐘加氫即可實現NEDC續航超650km，基于廣汽的GEP 2.0鋁合金純電專屬平臺開發而來，搭載廣汽自主開發燃料電池系統和車載儲氫系統，最大輸出功率超135kW，該車于2021年在如祺出行平臺示范運營。

 

5、北汽福田

 

北汽福田汽車股份有限公司成立于1996年，是國內商用車龍頭企業，2006年和清華大學、億華通共同承接“863計劃”，開始了氫燃料電池客車研發的進程，積累了包括2008年北京奧運會等在內的一批氫燃料電池商用車示范運營經驗。2019年，福田汽車與豐田以及億華通達成合作，由豐田和億華通為福田提供氫燃料電堆等產品。福田推出車型包括歐輝8.5米氫燃料電池客車、歐曼智藍49T液氫重卡等。截至2022年9月，福田累計交付氫燃料客車總運營里程超過2000萬公里，氫燃料電池城市客車單車累計行駛里程超過23萬公里。

 

6、中通客車

 

中通客車股份有限公司成立于1958年，是國內三大客車生產企業之一，公司自2014年開始布局氫燃料電池客車，目前已形成了包含8-12米公交客車、9-12米旅團、高端商務、物流在內的產品體系。其燃料電池供應商包括濰柴動力、雄韜股份等，此外，中通客車也組建了專門的燃料電池產品研發團隊，在燃料電池系統設計、燃料電池熱管理控制、氫系統設計、燃料電池系統標定與測試、整車控制、整車匹配與仿真等方向，進行研發與測試。

 

7、濰柴動力

 

濰柴動力股份有限公司成立于2002年，主營業務包括動力總成、整車整機（商用車、工程機械）、液壓控制和汽車零部件四大板塊。

 

公司自2016年開始通過一系列收購、參股、合作完成了對氫燃料電池的全產業鏈布局。其氫燃料電池產品覆蓋50kW-160kW，最新一代的燃料電池堆功率密度達到4.0kW/L，壽命超過30000小時，可實現零下30℃無輔熱低溫啟動。現已建成兩萬套級產能的燃料電池發動機及電堆生產線，2021年氫燃料電池電堆出貨量排名國內第七。應用方面，濰柴動力推出有4.5噸氫燃料輕卡、49噸氫燃料重卡等車型。

 

2022年9月，濰柴動力聯合中國重汽簽署1100輛氫車訂單，涵蓋4.5噸城市物流車、18噸物流車、49噸牽引車等各系列產品，將陸續在未來2-3年內交付。

 

8、三一氫能科技（三一重工）

 

三一集團始創于1989年，是國內領先的工程機械制造商，2020年底開始布局氫能業務，2022年8月成立全資子公司--三一氫能科技有限公司，主營燃料電池系統、電堆的研發、生產和銷售，現已聚集40余人具有豐富行業經驗的核心研發團隊，并與同濟大學、電子科技大學、天津大學等建立了合作關系。目前自主開發的120kW燃料電池發動機已通過國家強檢。此外，三一重工的氫燃料電池供貨商還包括上氫能源、重塑科技等。應用方面，三一重工現已推出氫燃料攪拌車、氫燃料重卡、氫燃料自卸車等車型。

 

（二）國外廠商

 

1、豐田

 

豐田汽車公司成立于1933年，是日本最大的汽車制造商，也是全球最早研發生產并推動氫燃料電池汽車商業化的企業，自1992年開始研發氫燃料電池汽車，于2014年推出了全球首款量產的燃料電池汽車Mirai，2020年推出第二代Mirai，其中燃料電池電堆峰值功率128 kW，功率密度5.4 kW/L，較上一代3.5 kW/L提高了約1.5倍。

 

2020年豐田與一汽、東風、廣汽、北汽、億華通共同成立聯合燃料電池系統研發（北京）有限公司，負責面向中國商用車市場的燃料電池系統研發，已發布TL Power 100和TL Power 80兩款氫燃料電池系統，均采用金屬板電堆，其中TL Power 80功率密度達到4.2kW/L、586W/kg，額定功率90kW。TL Power 100功率密度達711W/kg、4.9kW/L，額定功率101kW。

 

2022年9月，豐田宣布將第二代氫燃料電池車Mirai將于年末引入中國市場，由廣汽豐田負責銷售，限量50臺，售價74.8-75.1萬元。此外，豐田中國還計劃通過廣汽豐田將111臺完成北京2022年冬奧會和冬殘奧會服務工作的氫燃料電池車MIRAI投入社會化運營，繼續在有需求的場景發揮作用。

 

2、本田

 

本田技研工業株式會社成立于1948年，是日本第二大汽車公司，于1999年開始研發氫燃料電池汽車，先后推出FCX、FCX Clarity、Clarity等燃料電車車型。其中最新一代的Clarity發布于2016年，該車搭載了本田自研的燃料電池系統，功率最大達103KW，能量密度3.1kW/L，儲氫罐壓力70MPa，續航里程高達750KM。但在2021年，本田宣布將從當年8月終止Clarity的生產，但本田表示依舊會和通用汽車合作開發氫燃料電池車型。本田的總體目標是到2040年實現所有車型零排放，其中一部分是純電動，一部分是氫燃料電池汽車。

 

3、現代

 

現代汽車成立于1967年，韓國汽車品牌。自1998年成立氫燃料電池開發部門，推出ix35 FECV、NEXO氫燃料電池大巴ELEC CITY Fuel Cell和氫燃料電池重卡XCIENT Fuel Cell等車型。其中Nexo于今年4月還取得了中國的新能源牌照，計劃于年內引入國內。10月最新數據顯示，今年前8月現代汽車售出7410輛氫能汽車，銷量居全球第一。

 

燃料電池方面，現代汽車已完成了三代氫燃料電池系統的研發，其中第三代氫燃料電池系統有100kW和200kW兩種功率規格版本，計劃2023年推出。100kW規格版本尺寸減小30%，更容易適用于不同的車型和應用領域。200kW規格版本與現有NEXO的氫燃料電池系統尺寸相近，但輸出功率提升至2倍。第三代氫燃料電池針對乘用車領域的開發目標是質保達到50萬公里，同時價格相比第二代氫燃料電池系統降低了50%以上。

 

2020年，現代汽車推出了氫燃料電池專用品牌——HTWO，并于2021年在廣州建立了HTWO的生產銷售基地，預計可以年產6500套氫燃料電池系統，供應國內的燃料電池需求。發展規劃方面，現代計劃到2030年將氫燃料電池系統的年產能提升至70萬套并構建50萬輛氫燃料電池車的生產體系。

 

4、通用

 

美國通用汽車公司成立于1908年，1966年開始研發氫燃料電池汽車，推出過雪佛蘭Equinox、科羅拉多ZH2等氫燃料電池汽車車型。

 

此外，通用也有自主研發的氫燃料電池系統，2021年5月通用汽車推出SURUS燃料電池車型平臺，該平臺配備氫燃料電池系統，續航里程645km，并配有自動駕駛技術，主要用于商用車、卡車的改裝和定制生產。2022年1月，通用宣布將其HYDROTEC燃料電池技術從汽車、航天拓展至發電站，由通用汽車第2代HYDROTEC燃料電池功率立方體提供動力，輸出覆蓋60-600kW。第三代Hydrotec燃料電池將于2035年推出。

 

5、沃爾沃

 

沃爾沃汽車公司，成立于1927年，自2008年開始研究氫燃料電池汽車技術。2021年沃爾沃和戴姆勒合資成立Cellcentric，負責氫燃料電池系統的研發生產，且產品主要用于重卡車型。2022年10月，Cellcentric宣布推出新一代氫燃料電池系統，該系統額定功率150kW，最長使用壽命可以達到2.5萬小時。Cellcentric的計劃是在2025年開始氫燃料電池系統的商業化運營。應用方面，沃爾沃于今年開發出了氫燃料電池鉸接式運輸車HX04，充12kg氫氣需要7.5分鐘，可運行約四小時，沃爾沃計劃十年后期實現該款車型的商業化。

 

6、寶馬

 

寶馬汽車公司成立于1916年，德國汽車品牌，自2002年開始進行氫能源汽車研究。2013年開始與豐田汽車共同開發氫燃料電池系統，2022年，寶馬表示正在研發量產一種用于寶馬iX5 Hydrogen車型的新的氫燃料電池系統，預計在今年年底投入使用，在全球進行車輛測試及車輛展示。資料顯示，這一燃料電池系統可以收集125kW的原始功率并達到175馬力，結合捆綁寶馬第五代eDrive技術和高性能電池的定制動力系統，凈輸出功率高達275kW和374馬力。

 

7、大眾

 

德國大眾汽車集團成立于1937年，自2002年開始研發氫燃料電池技術。2019年大眾推出了3款氫燃料汽車，奧迪A7 h-tron、高爾夫 SportWagenHyMotion和帕薩特Hy-motion。這三款汽車均采用了大眾自主研發的第四代燃料電池組，采用100千瓦低溫質子交換膜燃料電池。此外，大眾還在開發支持燃料電池汽車的全新模塊化平臺MPE，可適用于集團旗下所有品牌的B級車以上車型，拓展性強，但短期推出可能性不大，還處在研發階段。

 

8、梅賽德斯——奔馳

 

梅賽德斯——奔馳集團成立于1871年，是德國知名汽車品牌，自1994年開始研究氫燃料電池汽車，推出氫燃料電池汽車 Necar、Nebus、Sprinter、Citaro、F-CELL等車型。1997年，NuCellSys成立（后更名為梅賽德斯奔馳燃料電池有限公司），負責氫燃料電池的研發和氫燃料儲存設備的研發。2018年，奔馳推出燃料電池汽車GLCF-CELL，該車充滿氫需要3分鐘，最大續航里程437km，兩年后奔馳宣布該車型停產，但奔馳的母集團戴姆勒仍在繼續針對重型商用車的氫燃料電池研究計劃，并于今年9月推出了液氫重卡GenH2，該車搭載兩個150kW的燃料電池電堆，輸出峰值功率400kW，預計于2025年下半年開始量產。

 

二、氫氣內燃機主機廠

 

（一）國內廠商

 

1、一汽

 

一汽集團的氫能發展戰略包括氫燃料電池和氫能發動機兩大部分，由其牽頭開發的燃料電池發動機項目已通過國家科技部評審，在氫燃料發動機領域有一定的技術積累，并有應用于乘用車和商用車不同車型的氫燃料發動機成功點火經驗。

 

2018年一汽首臺紅旗燃料電池發動機點火成功。2021年，由一汽自主設計研發的紅旗2.0L氫能專用發動機在研發總院試制所下線交付，并于當月在北理工實現點火。該發動機排量2升，目標熱效率大于42%，未來將搭載在紅旗車型上。

 

2022年6月，由一汽解放自主設計研發的國內首款重型商用車缸內直噴氫氣發動機成功點火并穩定運行。本款氫氣發動機屬13L重型發動機，運轉功率超500馬力，指示熱效率突破55%，一汽表示后續將會按既定計劃完成氫氣發動機整車開發。

 

2、濰柴動力

 

濰柴動力是國內的柴油機龍頭企業，自2018年開始布局氫燃料內燃機技術。2022年6月發布13L氫內燃機，有效熱效率41.8%，搭載于中國重汽和濰柴聯合發布的黃河高端重卡運行。同年9月推出濰柴WP15氫氣發動機，額定功率390kW，最大扭矩為2500N·m，并擁有氫氣靈活噴射、高效稀薄燃燒、智能點火啟燃以及濰柴ECU控制四項技術。

 

3、長城汽車

 

蜂巢動力是長城汽車旗下的發動機企業，成立于2018年。2021年6月，長城蜂巢動力發多款發動機規劃，在發布會上，長城表示將于2025年推出氫氣發動機，熱效率42%，最大功率為120kW（163馬力），峰值扭矩230N·m，并搭載氫氣專用直噴系統、高壓耐腐蝕氫氣供給系統等多項新技術。

 

4、廣汽

 

2022年6月廣汽發布了1.5L氫內燃機，該發動機基于廣汽第四代發動機平臺自主研發，采用氫氣缸內直噴技術，最高熱效率44%，氫耗≤0.84kg/100km，已成功運轉超過12000小時，9月該款發動機點火成功，廣汽研究院未來還將繼續開展氫氣發動機熱力學標定、機械開發等工作，目標是實現整車搭載。

 

5、東風商用車

 

東風商用車成立于1969年，是東風汽車與沃爾沃共同成立的一家商用車合資企業。2021年，東風商用車啟動了氫發動機/氨發動機技術預研項目，2022年9月，龍擎·自主控制系統氫發動機點火成功，該發動機基于東風商用車13L發動機平臺正向開發，額定功率為338kW，最大扭矩2200N·m。該發動機平臺同時具有氫氨融合燃燒功能，與氨燃料的融合比例達到近40%，可實現氫氣單燃料、氫氣/氨氣雙燃料點火燃燒，發動機的性能水平與燃氣機相當，但具有更高的燃燒效率，東風的目標是到2023年底實現該發動機的工程化應用和整車搭載穩定運行。

 

6、吉利汽車

 

吉利汽車成立于1997年，是國內領先的汽車制造商。2022年3月，吉利官方表示，由吉利自主研發的高效氫氣專用發動機有效熱效率實測達到44%，未來吉利汽車集團動力研究院還將進一步致力于高效率、低排放氫燃料發動機的研發和市場應用。

 

（二）國外廠商

 

1、寶馬

 

寶馬是全球最早一批研發氫燃料發動機汽車的企業，在1979年便開發出了可以上路的氫燃料發動機汽車，并在后來陸續推出了745H、750hL、H2R等多款氫燃料內燃汽車。

 

2007年寶馬推出搭載氫內燃機的量產車型Hydrogen 7，V12氫氣內燃機由寶馬760i發動機改造而來，輸出功率260馬力，續航200公里，支持汽油和氫氣雙燃料，但由于發動機熱效率不高、續航里程短等諸多原因，項目后續被擱置。

 

今年9月，寶馬重拾氫內燃機項目，由其牽頭的在德國研發18噸和40噸氫能內燃機重卡的聯合研究項目，得到1130萬歐元國家資金支持，項目為期4年。目前，寶馬萊比錫工廠已推出一臺燃料柔性氫氣燃燒器。

 

2、豐田

 

豐田對氫燃料發動機的研究始于2017年，2021年4月豐田公布了正在開發的氫燃料發動機，并將其搭載到卡羅拉賽車上，豐田章男本人駕駛該賽車參賽。2021年底，豐田發布了GR YARIS氫燃料原型車，搭載與同款車型普通燃油版相同的G16E-GTS 1.6升渦輪增壓三缸發動機，通過改進燃料供應和噴射系統，使其可以使用純氫燃料。

 

此外，豐田還在與雅馬哈合作開發一款5.0L氫動力V8發動機，該款發動機以雷克薩斯RC F跑車的發動機為基礎進行改造，功率可達450馬力。今年7月，豐田聯合了日野、五十鈴、電裝、CJPT5 家企業，宣布將共同啟動面向大型商用車的氫內燃機的規劃和基礎研究。

 

整體來看，豐田認為距離氫燃料發動機的商業化應用還有一段時間，豐田將通過賽車運動完善該項技術。有消息稱，豐田將在2025年推出的下一代普銳斯中應用氫燃料內燃機。

 

3、福特

 

福特對氫燃料發動機的研究工作始于1997年。2004年，福特開發的混動汽車搭載了氫內燃機作為動力源；2006年，福特V-10氫內燃機投入生產，并在2007年開發出氫內燃機公交車。目前，福特正在研發渦輪增壓直噴氫燃燒發動機，并有相關技術專利在申。未來福特計劃推出氫動力V8發動機供野馬等跑車使用。

 

4、曼恩商用車

 

德國曼恩商用車輛股份公司始于1758年，是全球領先的商用車制造商，在1990年就開發了氫內燃機，2020年曼恩重提請內燃機技術，并于2021年內對氫燃料內燃機原型車進行場地測試，首批氫燃料商用車的客戶試用期定在2023年或2024年。資料顯示，曼恩的氫內燃機由16.8L的直列6缸柴油機改造而來，目前正在紐倫堡進行氫內燃機測試。

 

通過以上梳理可以看到，在氫燃料電池技術研發上，豐田處在絕對領先地位，尤其研發的Mirai燃料電池電堆代表著世界范圍內電堆產品性能的領先水準，并且豐田還在國內成立了氫燃料電池合資企業，研發專門面向商用車的燃料電池電堆。

 

現代則在產品應用層面更進一步，不僅在國內建立了氫燃料電池系統的量產基地，其氫能汽車的銷量還排到了全球第一。國內在自主研發氫燃料電池的主機廠以一汽和長城較為領先，均成立了專門負責燃料電池研發生產的子公司，其中上汽旗下的捷氫科技已經進展到了分拆上市的階段。

 

另一方面，和國內企業追趕國外燃料電池技術水平的情形不同，在氫燃料發動機的研發進展上，國內外主機廠的技術水平和進度相對接近，國內以一汽解放、廣汽和濰柴動力較為領先，國外則有寶馬、豐田、福特和曼恩等主機廠在布局。