论新能源汽车界动力谁主沉浮:氢动VS电动

导语

不加油、不充电、不排放尾气,唯一排放的废物是纯净水!会有这样的车存在吗?答案是肯定的

不加油、不充电、不排放尾气,唯一排放的废物是纯净水!会有这样的车存在吗?答案是肯定的!丰田Mirai就是这样一辆车,同时这也是全球首辆投放市场的量产燃料电池汽车(FCV)。这是燃料汽车在问世之后,第一次真正意义上的技术革命。作为日本倾全国之力推进的技术革命,丰田为氢燃料电池汽车的研发投入了一万亿日元,前后历时20余年。而且日本政府也明确表示,前期将为每一位购买FCV的用户补贴200-300万日元,而丰田FCV的预计售价也仅仅700万日元,约合人民币37万元。

论新能源汽车界动力谁主沉浮:氢动VS电动

新能源汽车界动力谁主沉浮:氢动VS电动

同时,在丰田FCV背后的,是本田三菱等众多日本本土品牌也已经做好了进军氢燃料电池领域的准备。同时,宝马福特大众等传统汽车厂商,也在对氢燃料电池动力进行着各种各样的支持和测试。可以预见的未来是,氢燃料电池和锂电池,将成为汽车的两种主流动力方式。其实中国早已站好了队,那就是避开传统汽车品牌扎堆的,与传统燃油动力存在技术继承关系的氢燃料电池领域。转而支持和氢燃料电池完全不是一个科技领域的纯电动汽车

燃料电池工作原理

虽然燃料电池名字里面有“燃料”字样,同时氢气也能够跟氧气在一起剧烈燃烧,但在燃料电池却不是利用燃烧来获取能量,而是利用氢气跟氧气化学反应过程中的电荷转移来形成电流的,这一过程最关键的技术就是利用特殊的“电解质薄膜”将氢气拆分,电解质薄膜也是燃料电池领域最难被攻克的技术壁垒。

直接驱动Mirai车轮的电动机功率是113千瓦,峰值扭矩335牛米,基本相当于一辆2.0升自然吸气家轿的动力水平。除了燃料电池堆栈发电之外,Mirai后轴上方布置的1.6千瓦时的镍氢电池组也有着非常重要的作用——动力电池+储能电池。这个电池组基本上跟凯美瑞混动的电池完全一样,在整车负载低的时候可以单独用它供电带动车辆前进,与此同时燃料电池堆栈发出来的电可以给电池充电,用镍氢电池充当一个“缓存”;当车辆有更大的动力需求的时候,镍氢电池组很快就会耗光,所以这时候燃料电池堆栈就直接向电动机输电,跟镍氢电池组实现双重供电来满足需求;当车辆减速行驶的时候,电动机转化为发电机来回收动能,电量直接输送到镍氢电池组内储存起来。

氢动成本高

燃料电池的原理早在将近200年前就已经被发现,二十多年前就有人开始研发车用燃料电池。而直到近几年,第一款量产的燃料电池车才诞生,而且前途未卜。燃料电池还有几个障碍必须跨越。

一是自身的成本。燃料电池的成本不真正降下来,说普及就仍是一句空话。例如燃料电池催化剂要用到贵金属铂。摆脱对铂的依赖,这是燃料电池首先要解决的问题。

二是加氢的问题。这个问题与纯电动类似,即面临“先有鸡还是先有蛋”的纠结。氢的危险性高于燃油,所以加氢站的建设投入巨大。在燃料电池车“上量”之前,投资加氢站就是赔钱的买卖。然而对于燃料电池车而言,它对于加氢站的依赖度比纯电动车对于充电站的依赖度还大——它不能像纯电动车那样在家充电。

三是燃料的成本,也就是氢的成本。如果用氢气比用燃油还贵,这个产业将无法持续。目前工业上氢气的制取大多采用石油天然气的裂解或者电解水制取,前者制取的成本低,但是氢气纯度也低,必须提纯后才能供给氢燃料电池使用,否则容易造成氢燃料电池的催化剂中毒,但是提纯会使得氢气的成本更加高昂;后者成本高,但是制取的氢气纯度高。于是问题来了:既然氢气是靠电解水得来,这个过程本身需要消耗电能,那么为什么我们不直接利用电动驱动汽车的行驶呢?

这三个障碍中,第一个是关键的关键。自身成本下不来,产业化就没有希望,那么随后的配套也就不可能跟进。反之,如果成本预期可控,那么在政策的支持下,产业化就可以非常迅速的铺开。

纯电动门槛低

关于纯电动技术,目前看来,核心技术大多体现在电池而非整车。而电池是一项成熟、成规模的产业,它对于整车厂,就类似于燃油对于整车厂一样,属于截然不同的两个领域(例如特斯拉用的就是松下的电池,而同样的电池也应用在笔记本上)。因此整车厂投入电池研发就好像整车厂投入燃油的研发一样,不是不行,但意义不大。

或许有人提到纯电动汽车的电机方面的技术也有难度。但要和内燃机比起来,技术水平相差并不大。为什么百年来动力总成技术一直是汽车厂商技术比拼的焦点?关键就在于传统的燃油动力离“完美”还很远,无论是能量利用效率、布置难度、匹配等等,提升空间都非常大。这就给整车厂提供了竞争的空间。

与之相反,抛开电池纯电动的提升空间则相当有限。说白了,它比传统动力总成要更趋向于“完美”。例如电机的效率远高于内燃机。即便是现有的电机技术存在差异,但也只是成本差异使然,而并无太高的技术壁垒。电机的尺寸小,易于布置,所以对传动技术的要求也很低。电机运行时NVH性能远高于内燃机。还有电机起步即可获得最大扭矩的特性,可控性也远高于内燃机,这些都使得匹配难度远低于传统动力。

这也是为何Musk能够制造神话的主要原因——纯电动车只要不考虑电池,单从性能、经济性、驾驶特性等各方面要超越传统汽车太容易了,即便是一个汽车门外汉在很短的时间内也可以轻松做到。

结语

目前看来,氢动FCV需要突破的瓶颈实在是太多了,从氢气的制取到储存到加氢站的建设,无一不难,造成目前氢气的成本高居不下。而且氢燃料电池电动汽车本身就存在极大的技术难点:高压储氢罐的开发及布置、质子交换膜和催化剂的转换效率。以上种种无一不需要大型汽车公司甚至是国家层面出动投入巨资才有可能实现突破。而目前纯电动汽车技术门槛相对较低,重点需要突破的地方只有一个:动力电池及其管理系统。近几年动力电池的价格呈逐年下降趋势,但是性能越来越好,在可见的将来,电动将是未来!

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