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为什么说氢燃料电池车是混动汽车?

(3)增程续航

市面上还有另外一种燃料电池和锂电池混合的电电混动技术:即燃料电池只为锂电池充电,锂电池单一驱动电机。我曾在展会上见过类似的应用。燃料电池在几个相对固定工况下工作,使控制难度进一步降低。但是这种纯粹以“增程”为目的的FCV应用,本质上是牺牲功率换取续航的做法。

总结一下电电混动的技术,简单说就是储能电池像一个蓄水池般不断地充放调整,以平衡系统的功率特性和容量特性。各家技术的区别,在于所配备“蓄水池”的大小不同。如果单从技术上来评价,丰田仅仅配备了2kWh的镍氢电池,在燃料电池管理技术上来说,最为先进。但也要从成本和寿命上综合考虑。

2、燃料电池汽车的优势在哪

与电动汽车相比,燃料电池汽车在形式上更加符合汽车的要求。一般来说,燃料电池汽车在几分钟,便可充满满足500公里续航的氢气;而特斯拉的Model S,最多只能保证在20分钟内充满续航300公里的电能。当我们计算成本的时候,很少把使用的方便性计算进去。因此,和很多人观点相同,补充氢气更方便是燃料电池的最核心优势。

特斯拉第三代超充峰值功率提升到 250kW

在此,我想追问两个问题。第一个问题,虽然充电更为耗时,可否用商业模式去弥补?

我曾见过这样一个项目,将充电站和购物休闲相结合?其所谓的痛点,就是帮人们“打发”充电的等待时间,同时产生利润。说实话,我个人对类似商业模式的评价是一个字:尬!也许反过来,一个成熟的商业中心提供一些充电服务更加合适。

第二个问题,如果在技术上,提高充电桩的功率,让充电更加快速,从而减少等待时间。届时燃料电池还有没有优势?

虽然技术上也许可行,我觉得并非一个好的解决方案。首先,直流快速充电对电池耐用性和寿命上的伤害,一直是一个让人担心的问题。一些纯电动汽车制造商甚至会直接建议少用快充,以提高电池寿命。其次,提高充电速度,会降低系统的效率,增加能量损失。暂且不提损失的能量有多少,从设计理念上看,多少与绿色理念背道而驰。第三,大面积的快充装置对能源结构有影响。

从上述分析可以看出,一味地提高充电功率,是既损失效率,又损失电池寿命的做法。未来对新能源汽车的要求可能车型更大,续航时间更长,充电时间更短,这就更加凸显了电池所带来的木桶效应。燃料电池的优势则更加彰显。即使把加氢时间降低到3分钟以内,也不会对电堆有丝毫的影响。

当然,我们可以寄希望于未来锂电池技术的发展。比如所谓的全固态电池技术。但是,在此我想引用现代的技术专家说的一句话:“虽然我们对未来的创新有所期待,但是终归只是猜想。”

3、氢能更加低效吗?

1度电,可以让电动汽车行驶5~7公里,但是如果把1度电制造成氢气,再将能量释放出来行驶,那么行驶里程可能只有三分之一。那么为什么一定要用氢气?

电动车业内的大佬马斯克认为氢是一种低效的能源。能源经过的多次转换,看似远不如直接用电高效。

相同的质疑声,也会指向纯电动汽车。一些人认为当下的新能源汽车,只是从“烧油模式”转变为“烧煤模式”。

对此,我们必须明确,能源是从哪里开始计算的?美国能源部提出了2035年全周期能耗(BTUs/miles)的评价。BTU,指的是英热单位,1度电约等于3412BTUs。而所谓全周期,指的是从最初的能源生产到被车轮消耗掉的整个过程。具体如下图所示。

从上面两幅图,可以看出电动车和燃料电池汽车,在全周期尺度上的能耗,都在相类似的范围之内,并没有太大差别。不论是丰田还是现代,他们都考虑从全周期的尺度上考虑新能源汽车的能效问题。丰田曾表示氢气的生产到灌充至储氢瓶中的过程,相比电的产生并充满电池更加高效,但并未给出此结论的出处,因此仅供大家参考。

4、总结:最后一点担忧

从2015年新能源汽车飞速发展,我便对电池的回收处置问题开始担忧。燃料电池中催化剂用铂可以从电堆中直接回收,现在如庄信万丰这样的老牌贵金属供应商,已经着手于铂回收技术的开发。而相比之下,锂离子电池的回收,面临着很大的挑战。

首先电池在回收分解处置,存在着多种化学过程,技术复杂且有技术壁垒。在回收的过程,可能对环境造成较大的影响。同时,缺乏标准化的流程也是问题之一。

更重要的是,可能没有回收价值。曾有公司对从动力电池中回收锂做了估算,其成本约是从卤水中提取锂的5倍之多。电池成本越低,可回收的价值就越差。经济账算不过来,很难让人有做好这件事的动力。但是如果任由电池内的废弃物任意排放,比如镍和钴,都会对人体产生极大影响。

进一步讲,任何电池,如果不能形成从生产到回收形成闭环,那很难用“可再生”三个字来形容它。在追求电动化的今天,作为主角的锂离子电池,可能存在着严重的成本失真。当电池回收处置这件事不得不做的时候,本着“谁生产谁负责”的原则,锂电池的成本可能进一步上升。起码可以判断,锂电池的成本不会持续降低,当我们也可以从“全周期”的角度去认识新能源汽车的时候,也许会开始重视那些潜在的成本和收益。

当前情况下,燃料电池并未形成产业化规模,技术路线尚未定型。在此时时常被牵出来和锂电池作比较,实在不太公平。让汽车走遍千家万户的,并非是发动机的发明者,也不是第一辆汽车的制造者,而是福特的生产线。因此在技术成形之初,对技术成与不成的任何笃信,都显得有几分狂妄。

丰田Mirai动力系统图示

我有一次问丰田的一位专家:未来技术方向是什么?

丰田的专家并未给我明确的答案,而在我们交流的过程中,他不止一次的提到了成本。丰田的今天采取的技术路线,是过去的积累。丰田的未来,要看未来的成本怎样的。

消费者最优先关心的,并不是能效,或者是不是“电电混合”。但是如果给他们一个合理的价格,好的体验,他们中的一些人会愿意选择更加环保的产品。(完)

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