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氢能源车型想说爱你不容易 还需过五关斩六将

2019-04-28 09:29

来自 :电动邦

作者 :何毅

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2019年上海车展已经过去了,我们发现各车企展台上关注新能源车型的人越来越多。不过我们也发现了一个现象,除了越来越多纯电动车型的出现,同时还处于趋势状态的氢能源车型,在本届上海车展上也越来越多的崭露头角。其中像格罗夫、东风风神众泰、上汽大通等车企均带来了自己的氢能源车型。

■ 锂离子电池初遇瓶颈,氢能源将是下一个风口

虽然现在氢能源车型仅仅是普及在商用车上,且市场占有率也不是很高。但不得不说,锂离子电池的物理化学瓶颈已经显现,氢能源是目前众多车企认为的下一代能源趋势。

对于氢能源车型政府也在不断加强氢能源的发展趋势,此前在今年两会期间,氢燃料电池就已经成为了车企代表们不断热议的话题,而且“推动充电、加氢等设施建设”还被写入了《政府工作报告》。

说到氢燃料电池汽车并不是什么新鲜玩意,日韩车企早已将乘用车级别的量产车型推向市场。但对国内来说氢燃料电池汽车更多的应用在商用车上,例如货车,客车等。而在今年的上海车展上我们看到的更多的是乘用车级别的氢燃料电池车型。

据相关数据表示,2018年我国氢燃料电池汽车销量1527辆,其中1418辆为客车,而109辆为货车,并没有任何乘用车身影出现。

■ 什么吸引了车企发展氢燃料电池车

电动车无论从综合续航、电池密度、充电技术等方面都已经相对成熟且呈现技术上升态势,但是从锂离子电池的物理化学方面来看,电池密度的瓶颈已经有些显现,尤其像磷酸铁锂电池对于电池密度问题已经遇到了瓶颈。

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而在用车习惯上来看,并没有跟电动车不断成熟的技术成正比,依然还是有不少消费者对于电动车充电时长、冬季续航缩短等方面产生疑虑。

为什么说众车企都相中了氢燃料电池车这块肥肉了呢?主要原因在于其在续航、加氢、便捷性方面都与燃油车相似,所以相比纯电动车型来说氢燃料电池车的优势更为明显。

1.补能时间

纯电动车目前对于快充技术已经可以做到半个小时从30%电量充至80%,但价格较贵且充满时间要在1.5个小时左右。而慢充虽然价格便宜,但充电时间多则20-30个小时,少则8-9个小时。

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此时,氢燃料电池车在补能方面的优势就尤为凸显了,前往加氢站加注氢气也只需要3-5分钟即可完成,和燃油车加油没太多区别。不过目前国内也有可插电可加氢车型,此类车型充电时间与纯电动车型的充电时间相同。

2.续航里程

电动车躲不开的话题就是综合续航里程,进入2019年电动车的综合续航已经迈入500公里的门槛,但受限于锂离子电池的物理特性,进入冬季续航将会有比较明显的缩减。

而氢燃料电池车在技术层面与纯电动车有所不同,所以并不会受到气温的影响,其续航更接近于燃油车的表现。目前国内的氢燃料电池车的综合续航里程一般在 500-600 公里左右,较为适合用作长途行驶,这就不难看出现在的氢燃料电池车中大客车的占比居多,但长途行驶的前提是要有充足加氢站。

3.能量密度

氢气是目前地球上已知能量密度最高的元素之一,且在地球上的储能巨大,所以氢燃料电池在能量密度上存在先天的优势。它的热值高达142千焦/克,而汽油的热值是44.3千焦/克,二者相差3倍之多。另外,氢燃料电池的能量转化效率可在50%-60%以上,未来通过不断的技术迭代,理论上转化率可达到100%,电动机把电能转化成机械能的能量转化效率在90%以上。

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4.补贴政策

2019年纯电动车和插电式混合动力车型在补贴方面已经开始走下坡路,不仅降低了国家补贴同时还将完全取消地方补贴的优势,这就让一些车型打着便宜的旗号而生,却在青壮年时期价格不再亲民。

相比之下,氢燃料电池车的补贴政策,我们了解到的资料显示氢燃料电池车目前并没有补贴退坡迹象。反而在补贴方面氢燃料电池还不限制地方补贴比例上限,国家将持续支持燃料电池汽车的发展。

■ 日韩技术领先,分为两个流派

目前日韩车企的氢燃料电池技术较为领先,此前像宝马奥迪等车企也曾研发过氢燃料电池车型,但最终均以停止研发告终。而日韩的氢燃料电池技术也分为两个流派丰田Mirai以及现代ix35 FCV,下面来看看日本和韩国车企在氢燃料电池技术上有何区别。

1.现代ix35 FCV

提到日韩的氢燃料电池车,肯定首先会想到丰田Mirai,但如果仔细翻阅资料会发现,氢燃料电池乘用车最早是由韩国现代在2013年推出的ix35 FCV,其使用ix35燃油版进行改装,当时该车售价高达85.5万元人民币,分别在韩国和美国进行销售,而且在美国加州还以租赁的形式出现。

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车身结构方面,ix35 FCV在车身前部放置了燃料电池堆栈以及驱动电机,中部为动力电池以及逆变器,两个储氢罐分别为一大一小放置在车辆尾部,储氢罐由凯夫拉和铝材制成,由于体积过大所以对于后备箱的空间侵占较大。ix35 FCV的储氢罐最高可以承受70Mpa的压力,两个储氢罐可存储5.64公斤液态氢气。

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这辆车的运作方式简单来说,将氢气输送到燃料电池堆栈与氧气发生电化学反应,所产生的电能输送给动力电池,其搭载了一块24千瓦时的电池组,之后动力电池输出高压电给驱动电机驱动车辆行驶。

2.丰田Mirai

丰田Mirai氢燃料电池车于2015年推出,相比现在ix35 FCV晚了2年但却采用了更为先进的技术。其外观有些卡罗拉的影子,该车享受日本补贴后售价500万日元(折合人民币26.5万元),但该车并不会进口到中国销售。

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丰田Mirai的技术与现代ix35 FCV完全不同,它是在燃料电池堆栈中产生电能后,直接将电能传送给车辆前部一台最大功率113千瓦,最大扭矩335牛·米的驱动电机,后备箱布置的储能电池用来收集燃料电池中多余的电能,与目前的混动车型有些类似。该车储氢罐采用的是碳纤维材料+凯夫拉制造而成,最大可承受70Mpa的压力。

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通过询问某车企氢燃料电池车工程师表示,现代的这套运作方式是最简单实现的,也是将来很有可能在国内量产的一种方案。由于目前纯电动车的技术已经相当成熟,只需要将该套方案中氢能源部分在纯电动车型上叠加即可。当然该工程师的说法很简单,但实现起来可能还需要很多年的时间。

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而相比现代ix35 FCV的这套氢燃料电池方案,丰田Mirai的驱动方案按目前国内的技术力量较难实现,但这套方案才是氢燃料电池车应该使用的正确驱动方案,只能说这是未来需要突破的技术核心

■ 政策鼓励拥抱氢燃料电池,但现实却困难重重

我们说了这么多关于氢燃料电池车的技术,以及本次上海车展也来了这么多的氢燃料电池车型,但如果说想拥抱氢燃料电池车型的话,还是理想很丰满,现实很骨感。

1.基础设施的建设暂时无法规模化

就像电动车一样想要拥有便捷的出行体验,首先要做好周边基础设施的建设。虽然氢燃料电池车3-5分钟便可完成加注氢气,但加氢站的建设不完整也制约了氢燃料电池车型的向前发展。毕竟氢燃料电池车型与燃油车相同,如果加油站的覆盖面不够,那长续航的燃油车也寸步难行。据了解,大规模加氢能力的加氢站建设成本超过1000万以上,高昂的建设费用也同样制约了加氢站的普及。

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除了加氢站的问题,还需要面临储氢以及运氢这些问题。目前国内对于高压力的储氢罐制造能力还有限,可以满足国际压力范围较低,毕竟能够承受更高压力的储氢罐才能储存更多的氢气。其次,氢气的运输也是目前较难解决的问题,氢气的运输可以分为气态,固态,液态三种方式,但这三种方式均成本较高,甚至超高。所以说想要实现氢燃料电池车的发展,不解决源头问题是不行的。

2.多数关键零部件依赖进口

据国内某车企工程师介绍,现在国内所生产的氢燃料电池车型,依然有一些关键零部件像储氢罐、空压机、电池堆、质子交换隔膜等依赖于进口。另外,氢气通过电化学反应转化为电能并不简单,这其中氢气和氧气发生化学反应时需要使用催化剂,而这个催化剂使用的是金属铂,这就要面临高昂的购买成本。

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▲ 氢燃料电池车型的储氢罐

有了催化剂之后也不是就不花钱了,因为这个催化剂是介于氧气和氢气之间产生化学反应。而氢燃料电池车所需要的氧气则直接来源于空气中,由于各种污染物的存在会使得这个催化剂变得非常容易损坏,且这个损坏是不可逆的。

3.安全的错误认知

最近的一周犹如过年一样红火,某品牌和某某品牌的纯电动车接连起火,而起火的矛头全部指向了动力电池,当动力电池发生热失控且处理不妥当时,会迅速起火可反应的时间非常短。

而氢气这玩意由于在军事层面应用的更多例如氢弹,消费者因此而有了错误的认知,认为氢燃料电池车型在发生碰撞时,如果氢气罐被撞击则会有爆炸的风险。

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▲ 氢能源车新发生火灾与燃油车发生火灾对比(左为氢能源车,右为燃油车)

其实我们可以看到,现在车上的储氢罐全部采用凯夫拉这种材料进行制造,这种制作避弹衣的材料,可以抵挡轻型枪械射击,是完全可以让储氢罐通过碰撞这种风险。储氢罐还装有止逆阀式的易熔塞泄压阀,

另外,即便储氢罐发生泄漏的话,由于氢气是一种非常轻的气体,所有氢气会迅速向上进行泄漏。可能有人会说如果起火呢,由于车辆需要的氢气为非常纯净的氢气,纯净的氢气是如果发生起火现象,会呈现出较为安静的燃烧并不会发生爆炸。氢气爆炸是因为其中掺杂有一些像甲烷等易燃物质。储氢罐还装有止逆阀式的易熔塞泄压阀,在车辆着火的情况下会易熔塞受热熔化排出氢气。

■ 邦点评

虽然说氢燃料电池车型是未来一个必行的发展趋势,但是从车载储氢技术、安全性、成本、加氢站、制氢以及运输等方面都无法在短期内得到很好的解决。虽然不少车企已经在本届上海车展上,亮相了自家的氢能源车型,但从多方面衡量,氢能源车发展的路上依然“理想很丰满,现实很骨感”。

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