|
Y车评 yautoshow ｜把事实带走 将观点留下｜ 前不久，丰田牵头与国内一汽、东风、广汽、北汽以及亿华通联手，成立了一家新的合资公司，名为联合燃料电池系统研发有限公司。以氢气为首的燃料电池系统因其补能速度快的特点，被看做是新能源发展的一大方向。 作为汽车行业的一大巨头，丰田公司已经在燃料电池领域持续投资并且研发多年，并成功推出可量产的氢气燃料电池汽车Mirai。丰田此次重资大规模与国内多家知名厂商联手的举措，也被认为是燃料电池提速发展的新曙光。不过在这次成立新合资公司的公告也明确表明，新研发的动力系统主要面对“商用车为核心”的市场。合资并未提及大家最关注的“民用乘用车”市场，所以氢能源到底有多难？现阶段技术发展到了什么程度？未来氢能源真的可以取代已经大规模发展了的纯电动技术吗？ 从技术定位来说，氢能源属于燃料电池技术当中的一个分支。按照广义定义，凡是通过氧化还原反应，可以将燃料内化学能转化为电能的发电装置，都可以被称为燃料电池。可以使用的燃料种类也很多，既可以是氢气、甲烷等可燃气体，也可以是乙醇、汽油等可燃液体。氢气作为其中最受关注的明星，主要还是因为其完全不含碳元素，可以真正实现0碳排放的愿景。 包含氢燃料电池在内，燃料电池系统确实可以实现类似现在汽油车类似的快速补能效果，但是除此之外，燃料电池系统还需要面临多种生产上，技术上甚至天生劣势。燃料电池系统现在距离成熟还需要极长的发展时间，甚至很有可能不会迎来大家最期盼的“民用”。 首先是燃料电池系统本身的启动时间。根据中国汽车技术研究中心在2019年公布的氢燃料电池发展研究报告来看，燃料电池系统从冷机状态，进入到可以稳定发电的状态需要较长时间。启动速度最快以质子交换膜技术，也需要数分钟，一些大型燃料电池甚至需要数小时的启动时间。这与目前汽车广泛采用可以“秒启动”的内燃机和电动机都拥有巨大差异。此外，即使燃料电池系统已经顺利开机启动，启动之后的调速性能也很差，通常只能以固定功率输出电能，对于需要频繁加减速，功率需求多变的车辆行驶环境并不相匹配。因此，如果汽车采用燃料电池作为动力，还需要一套作为缓冲使用的电池和电驱电控系统。此时的车辆更像是一辆燃料电池与蓄电池的混合动力汽车，燃料电池与蓄电池串联。燃料电池先发电暂存在蓄电池当中，再由蓄电池输出电能供电动机驱动车辆。 其次，燃料电池的能量转化效率并没想象高。虽然从理论上，摆脱了卡诺循环的燃料电池能量转化效率可以高达80-90%。但是实际由于温度、内阻等多种原因，目前燃料电池的实际能量转化效率通常在40-60%左右，与理想值有较大差距。而内燃机方面，现有小排量汽油发动机热效率已经可以达到40%左右，中等排量柴油机热效率已经突破50%。在巨量上涨的成本面前，车用燃料电池的效率提升并不诱人。也许发电站等大型工业用途才是目前燃料电池发展的主要方向。 相较之下，以质子交换膜为基础的氢气燃料电池具有相对更高的能量转换效率，相对快速的冷启动性能，质子交换膜寿命长以及0碳排放的优势，成为了当下研发的主要方向。 另外，制造和使用成本也是摆在燃料电池普及面前的大难题。根据报告表示，现阶段技术之下，燃料电池的成本约在300-500美元/KW左右，国内成本约在1000美元/KW左右。如果按照家用车需要100KW最大功率计算，燃料电池系统至少也需要300*100=3万美元，约合人民币20万元，国产甚至需要1000*100=10万美元，约合70万人民币。单燃料电池就需要极高成本，再搭配上所需要的混动电动系统以及车辆本身，即使一辆普通紧凑级轿车价格就能轻松超过50万，这远不是能够普及大众接受的价格。依然参考目前最热门的丰田Mirai，车辆售价为57400美元或者670万日元，折合人民币约40-45万元。相比此前的小规模生产车型便宜了许多，但仍然有相当长的降成本道路要走。此外，加氢站的建设成本也远在充电站建设成本的数十倍之上。相比之下，截至2019年国内已经拥有超过50万个公共充电桩，2020年开始，充电桩成为中国新基建项目，建设速度将会更快。 从目前民用车的实际情况来看，采用混合动力技术可以显著提升汽车的燃油利用率，尤其在拥堵的城市路段，混合动力汽车可以降低30-50%的燃油消耗。但是根据实际销售情况，混合动力汽车依然是市场当中的小众车型，即使单独谈论卡罗拉这一款车型，燃油版销量也超过混动版销量的10倍之多。省油不省钱，这可不是老百姓所能接受的局面。 曾经我在一次氢能源车展上说过，氢能源要想进入千家万户，需要经历两次5%级别的降成本发展。目前而言，氢能源刚刚结束了从实验室到可生产这第一次5%级别降成本。从可生产到可量产的第二次5%级别降成本，还得走在漫漫长路上。 燃料电池技术已经发展到了什么阶段？ 根据报告表述，截至2019年，全球共有大约3000项燃料电池相关专利。如果以国家综合专利数量排名，中国以37%的占有率位列第一。不过中国拥有专利公司和机构较多，专利相对分散，如果以公司或者机构排位，丰田公司则以295项数量位居首位。 具体到车型而言，各个国家不少公司都已经推出可小规模生产的实车产品。除了大名鼎鼎的丰田Mirai之外，中国的上汽集团推出了荣威950燃料电池版，峰值功率为50KW。奔驰B级燃料电池版最大功率为80KW，本田Clarity最大功率达到100KW，具有较大技术优势。在商用车领域，中国、日本、德国、美国也都推出不同车型，燃料电池系统最大功率从30-150kw不等，整车续航从200km到600km各有不同，200-300km车型占据主要车型。 从市场规模来看，中国2018年共生产了约1619辆氢燃料电池车，其中客车710辆，专用车909辆，没有乘用车生产。2019年产量虽然有所上涨，但是总量依然只有千辆水平，市场规模极小。 简而言之，氢燃料电池汽车的技术发展才刚刚由实验室走下生产线，车辆动力性能、续航能力和性价比都仅能用刚刚起步来形容。参考纯电动汽车的发展历史，燃料电池汽车的技术成熟度大约滞后10-15年，想要达到可商用阶段，还需至少3-4代技术突破。 商用车才是氢能源的正确打开方式？ 燃料电池的最大优势在于其可以媲美燃油车的快速补能方式。技术发展至今天，纯电动汽车也已经拥有了不俗的补能速度，续航500km，半小时充至80%，一小时充满已经不是新鲜技术15分钟补充500公里续航的技术指标也已经并不遥远。对于普遍每年行驶距离仅为1万公里左右的家用车而言，每年20-30次充电已经不算太过折磨。对于可以在家充电的车主来说，充电更非难事，纯电动汽车已经可以满足90%的日常城市驾驶需求。更何况找充电站比找加氢站容易许多，补能快速的燃料电池车实际上也不具备长途行驶能力。 面对高昂的成本，行驶里程更长、行驶线路相对固定并且集中的商用车当然是燃料电池系统的更好搭配。不论是丰田此次成立合资公司，还是国内对于燃料电池汽车的未来产业规划，都更偏重商用车领域。至于家用车领域，纯电动技术已经在性价比、技术成熟度和公共配套设施上占有了巨大优势，更有希望成为新能源技术当中的主流方案。 编辑 | 胡镇涛 图片 | CATARC |
|
|
