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氫能源車型想說愛你不容易 還需過五關(guān)斬六將
來自:電動(dòng)邦
作者:何毅
2019-04-28 09:29:25
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2019年上海車展已經(jīng)過去了,我們發(fā)現(xiàn)各車企展臺(tái)上關(guān)注新能源車型的人越來越多。不過我們也發(fā)現(xiàn)了一個(gè)現(xiàn)象,除了越來越多純電動(dòng)車型的出現(xiàn),同時(shí)還處于趨勢(shì)狀態(tài)的氫能源車型,在本屆上海車展上也越來越多的嶄露頭角。其中像格羅夫、東風(fēng)風(fēng)神、眾泰、上汽大通等車企均帶來了自己的氫能源車型。

■ 鋰離子電池初遇瓶頸,氫能源將是下一個(gè)風(fēng)口

雖然現(xiàn)在氫能源車型僅僅是普及在商用車上,且市場(chǎng)占有率也不是很高。但不得不說,鋰離子電池的物理化學(xué)瓶頸已經(jīng)顯現(xiàn),氫能源是目前眾多車企認(rèn)為的下一代能源趨勢(shì)。

對(duì)于氫能源車型政府也在不斷加強(qiáng)氫能源的發(fā)展趨勢(shì),此前在今年兩會(huì)期間,氫燃料電池就已經(jīng)成為了車企代表們不斷熱議的話題,而且“推動(dòng)充電、加氫等設(shè)施建設(shè)”還被寫入了《政府工作報(bào)告》。

說到氫燃料電池汽車并不是什么新鮮玩意,日韓車企早已將乘用車級(jí)別的量產(chǎn)車型推向市場(chǎng)。但對(duì)國(guó)內(nèi)來說氫燃料電池汽車更多的應(yīng)用在商用車上,例如貨車,客車等。而在今年的上海車展上我們看到的更多的是乘用車級(jí)別的氫燃料電池車型。

據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)表示,2018年我國(guó)氫燃料電池汽車銷量1527輛,其中1418輛為客車,而109輛為貨車,并沒有任何乘用車身影出現(xiàn)。

■ 什么吸引了車企發(fā)展氫燃料電池車

電動(dòng)車無論從綜合續(xù)航、電池密度、充電技術(shù)等方面都已經(jīng)相對(duì)成熟且呈現(xiàn)技術(shù)上升態(tài)勢(shì),但是從鋰離子電池的物理化學(xué)方面來看,電池密度的瓶頸已經(jīng)有些顯現(xiàn),尤其像磷酸鐵鋰電池對(duì)于電池密度問題已經(jīng)遇到了瓶頸。

而在用車習(xí)慣上來看,并沒有跟電動(dòng)車不斷成熟的技術(shù)成正比,依然還是有不少消費(fèi)者對(duì)于電動(dòng)車充電時(shí)長(zhǎng)、冬季續(xù)航縮短等方面產(chǎn)生疑慮。

為什么說眾車企都相中了氫燃料電池車這塊肥肉了呢?主要原因在于其在續(xù)航、加氫、便捷性方面都與燃油車相似,所以相比純電動(dòng)車型來說氫燃料電池車的優(yōu)勢(shì)更為明顯。

1.補(bǔ)能時(shí)間

純電動(dòng)車目前對(duì)于快充技術(shù)已經(jīng)可以做到半個(gè)小時(shí)從30%電量充至80%,但價(jià)格較貴且充滿時(shí)間要在1.5個(gè)小時(shí)左右。而慢充雖然價(jià)格便宜,但充電時(shí)間多則20-30個(gè)小時(shí),少則8-9個(gè)小時(shí)。

此時(shí),氫燃料電池車在補(bǔ)能方面的優(yōu)勢(shì)就尤為凸顯了,前往加氫站加注氫氣也只需要3-5分鐘即可完成,和燃油車加油沒太多區(qū)別。不過目前國(guó)內(nèi)也有可插電可加氫車型,此類車型充電時(shí)間與純電動(dòng)車型的充電時(shí)間相同。

2.續(xù)航里程

電動(dòng)車躲不開的話題就是綜合續(xù)航里程,進(jìn)入2019年電動(dòng)車的綜合續(xù)航已經(jīng)邁入500公里的門檻,但受限于鋰離子電池的物理特性,進(jìn)入冬季續(xù)航將會(huì)有比較明顯的縮減。

而氫燃料電池車在技術(shù)層面與純電動(dòng)車有所不同,所以并不會(huì)受到氣溫的影響,其續(xù)航更接近于燃油車的表現(xiàn)。目前國(guó)內(nèi)的氫燃料電池車的綜合續(xù)航里程一般在 500-600 公里左右,較為適合用作長(zhǎng)途行駛,這就不難看出現(xiàn)在的氫燃料電池車中大客車的占比居多,但長(zhǎng)途行駛的前提是要有充足加氫站。

3.能量密度

氫氣是目前地球上已知能量密度最高的元素之一,且在地球上的儲(chǔ)能巨大,所以氫燃料電池在能量密度上存在先天的優(yōu)勢(shì)。它的熱值高達(dá)142千焦/克,而汽油的熱值是44.3千焦/克,二者相差3倍之多。另外,氫燃料電池的能量轉(zhuǎn)化效率可在50%-60%以上,未來通過不斷的技術(shù)迭代,理論上轉(zhuǎn)化率可達(dá)到100%,電動(dòng)機(jī)把電能轉(zhuǎn)化成機(jī)械能的能量轉(zhuǎn)化效率在90%以上。

4.補(bǔ)貼政策

2019年純電動(dòng)車和插電式混合動(dòng)力車型在補(bǔ)貼方面已經(jīng)開始走下坡路,不僅降低了國(guó)家補(bǔ)貼同時(shí)還將完全取消地方補(bǔ)貼的優(yōu)勢(shì),這就讓一些車型打著便宜的旗號(hào)而生,卻在青壯年時(shí)期價(jià)格不再親民。

相比之下,氫燃料電池車的補(bǔ)貼政策,我們了解到的資料顯示氫燃料電池車目前并沒有補(bǔ)貼退坡跡象。反而在補(bǔ)貼方面氫燃料電池還不限制地方補(bǔ)貼比例上限,國(guó)家將持續(xù)支持燃料電池汽車的發(fā)展。

■ 日韓技術(shù)領(lǐng)先,分為兩個(gè)流派

目前日韓車企的氫燃料電池技術(shù)較為領(lǐng)先,此前像寶馬、奧迪等車企也曾研發(fā)過氫燃料電池車型,但最終均以停止研發(fā)告終。而日韓的氫燃料電池技術(shù)也分為兩個(gè)流派豐田Mirai以及現(xiàn)代ix35 FCV,下面來看看日本和韓國(guó)車企在氫燃料電池技術(shù)上有何區(qū)別。

1.現(xiàn)代ix35 FCV

提到日韓的氫燃料電池車,肯定首先會(huì)想到豐田Mirai,但如果仔細(xì)翻閱資料會(huì)發(fā)現(xiàn),氫燃料電池乘用車最早是由韓國(guó)現(xiàn)代在2013年推出的ix35 FCV,其使用ix35燃油版進(jìn)行改裝,當(dāng)時(shí)該車售價(jià)高達(dá)85.5萬元人民幣,分別在韓國(guó)和美國(guó)進(jìn)行銷售,而且在美國(guó)加州還以租賃的形式出現(xiàn)。

車身結(jié)構(gòu)方面,ix35 FCV在車身前部放置了燃料電池堆棧以及驅(qū)動(dòng)電機(jī),中部為動(dòng)力電池以及逆變器,兩個(gè)儲(chǔ)氫罐分別為一大一小放置在車輛尾部,儲(chǔ)氫罐由凱夫拉和鋁材制成,由于體積過大所以對(duì)于后備箱的空間侵占較大。ix35 FCV的儲(chǔ)氫罐最高可以承受70Mpa的壓力,兩個(gè)儲(chǔ)氫罐可存儲(chǔ)5.64公斤液態(tài)氫氣。

這輛車的運(yùn)作方式簡(jiǎn)單來說,將氫氣輸送到燃料電池堆棧與氧氣發(fā)生電化學(xué)反應(yīng),所產(chǎn)生的電能輸送給動(dòng)力電池,其搭載了一塊24千瓦時(shí)的電池組,之后動(dòng)力電池輸出高壓電給驅(qū)動(dòng)電機(jī)驅(qū)動(dòng)車輛行駛。

2.豐田Mirai

豐田Mirai氫燃料電池車于2015年推出,相比現(xiàn)在ix35 FCV晚了2年但卻采用了更為先進(jìn)的技術(shù)。其外觀有些卡羅拉的影子,該車享受日本補(bǔ)貼后售價(jià)500萬日元(折合人民幣26.5萬元),但該車并不會(huì)進(jìn)口到中國(guó)銷售。

豐田Mirai的技術(shù)與現(xiàn)代ix35 FCV完全不同,它是在燃料電池堆棧中產(chǎn)生電能后,直接將電能傳送給車輛前部一臺(tái)最大功率113千瓦,最大扭矩335牛·米的驅(qū)動(dòng)電機(jī),后備箱布置的儲(chǔ)能電池用來收集燃料電池中多余的電能,與目前的混動(dòng)車型有些類似。該車儲(chǔ)氫罐采用的是碳纖維材料+凱夫拉制造而成,最大可承受70Mpa的壓力。

通過詢問某車企氫燃料電池車工程師表示,現(xiàn)代的這套運(yùn)作方式是最簡(jiǎn)單實(shí)現(xiàn)的,也是將來很有可能在國(guó)內(nèi)量產(chǎn)的一種方案。由于目前純電動(dòng)車的技術(shù)已經(jīng)相當(dāng)成熟,只需要將該套方案中氫能源部分在純電動(dòng)車型上疊加即可。當(dāng)然該工程師的說法很簡(jiǎn)單,但實(shí)現(xiàn)起來可能還需要很多年的時(shí)間。

而相比現(xiàn)代ix35 FCV的這套氫燃料電池方案,豐田Mirai的驅(qū)動(dòng)方案按目前國(guó)內(nèi)的技術(shù)力量較難實(shí)現(xiàn),但這套方案才是氫燃料電池車應(yīng)該使用的正確驅(qū)動(dòng)方案,只能說這是未來需要突破的技術(shù)核心。

■ 政策鼓勵(lì)擁抱氫燃料電池,但現(xiàn)實(shí)卻困難重重

我們說了這么多關(guān)于氫燃料電池車的技術(shù),以及本次上海車展也來了這么多的氫燃料電池車型,但如果說想擁抱氫燃料電池車型的話,還是理想很豐滿,現(xiàn)實(shí)很骨感。

1.基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)暫時(shí)無法規(guī)?;?/strong>

就像電動(dòng)車一樣想要擁有便捷的出行體驗(yàn),首先要做好周邊基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)。雖然氫燃料電池車3-5分鐘便可完成加注氫氣,但加氫站的建設(shè)不完整也制約了氫燃料電池車型的向前發(fā)展。畢竟氫燃料電池車型與燃油車相同,如果加油站的覆蓋面不夠,那長(zhǎng)續(xù)航的燃油車也寸步難行。據(jù)了解,大規(guī)模加氫能力的加氫站建設(shè)成本超過1000萬以上,高昂的建設(shè)費(fèi)用也同樣制約了加氫站的普及。

除了加氫站的問題,還需要面臨儲(chǔ)氫以及運(yùn)氫這些問題。目前國(guó)內(nèi)對(duì)于高壓力的儲(chǔ)氫罐制造能力還有限,可以滿足國(guó)際壓力范圍較低,畢竟能夠承受更高壓力的儲(chǔ)氫罐才能儲(chǔ)存更多的氫氣。其次,氫氣的運(yùn)輸也是目前較難解決的問題,氫氣的運(yùn)輸可以分為氣態(tài),固態(tài),液態(tài)三種方式,但這三種方式均成本較高,甚至超高。所以說想要實(shí)現(xiàn)氫燃料電池車的發(fā)展,不解決源頭問題是不行的。

2.多數(shù)關(guān)鍵零部件依賴進(jìn)口

據(jù)國(guó)內(nèi)某車企工程師介紹,現(xiàn)在國(guó)內(nèi)所生產(chǎn)的氫燃料電池車型,依然有一些關(guān)鍵零部件像儲(chǔ)氫罐、空壓機(jī)、電池堆、質(zhì)子交換隔膜等依賴于進(jìn)口。另外,氫氣通過電化學(xué)反應(yīng)轉(zhuǎn)化為電能并不簡(jiǎn)單,這其中氫氣和氧氣發(fā)生化學(xué)反應(yīng)時(shí)需要使用催化劑,而這個(gè)催化劑使用的是金屬鉑,這就要面臨高昂的購(gòu)買成本。

▲ 氫燃料電池車型的儲(chǔ)氫罐

有了催化劑之后也不是就不花錢了,因?yàn)檫@個(gè)催化劑是介于氧氣和氫氣之間產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)。而氫燃料電池車所需要的氧氣則直接來源于空氣中,由于各種污染物的存在會(huì)使得這個(gè)催化劑變得非常容易損壞,且這個(gè)損壞是不可逆的。

3.安全的錯(cuò)誤認(rèn)知

最近的一周猶如過年一樣紅火,某品牌和某某品牌的純電動(dòng)車接連起火,而起火的矛頭全部指向了動(dòng)力電池,當(dāng)動(dòng)力電池發(fā)生熱失控且處理不妥當(dāng)時(shí),會(huì)迅速起火可反應(yīng)的時(shí)間非常短。

而氫氣這玩意由于在軍事層面應(yīng)用的更多例如氫彈,消費(fèi)者因此而有了錯(cuò)誤的認(rèn)知,認(rèn)為氫燃料電池車型在發(fā)生碰撞時(shí),如果氫氣罐被撞擊則會(huì)有爆炸的風(fēng)險(xiǎn)。

▲ 氫能源車新發(fā)生火災(zāi)與燃油車發(fā)生火災(zāi)對(duì)比(左為氫能源車,右為燃油車)

其實(shí)我們可以看到,現(xiàn)在車上的儲(chǔ)氫罐全部采用凱夫拉這種材料進(jìn)行制造,這種制作避彈衣的材料,可以抵擋輕型槍械射擊,是完全可以讓儲(chǔ)氫罐通過碰撞這種風(fēng)險(xiǎn)。儲(chǔ)氫罐還裝有止逆閥式的易熔塞泄壓閥,

另外,即便儲(chǔ)氫罐發(fā)生泄漏的話,由于氫氣是一種非常輕的氣體,所有氫氣會(huì)迅速向上進(jìn)行泄漏。可能有人會(huì)說如果起火呢,由于車輛需要的氫氣為非常純凈的氫氣,純凈的氫氣是如果發(fā)生起火現(xiàn)象,會(huì)呈現(xiàn)出較為安靜的燃燒并不會(huì)發(fā)生爆炸。氫氣爆炸是因?yàn)槠渲袚诫s有一些像甲烷等易燃物質(zhì)。儲(chǔ)氫罐還裝有止逆閥式的易熔塞泄壓閥,在車輛著火的情況下會(huì)易熔塞受熱熔化排出氫氣。

■ 邦點(diǎn)評(píng)

雖然說氫燃料電池車型是未來一個(gè)必行的發(fā)展趨勢(shì),但是從車載儲(chǔ)氫技術(shù)、安全性、成本、加氫站、制氫以及運(yùn)輸?shù)确矫娑紵o法在短期內(nèi)得到很好的解決。雖然不少車企已經(jīng)在本屆上海車展上,亮相了自家的氫能源車型,但從多方面衡量,氫能源車發(fā)展的路上依然“理想很豐滿,現(xiàn)實(shí)很骨感”。

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