鉅大LARGE | 點(diǎn)擊量:1071次 | 2018年12月12日
氫燃料電池和鋰電池并非水火不容
雖然現(xiàn)今氫燃料電池真實(shí)市場(chǎng)極低,僅日本、韓國(guó)、歐洲等為代表的少數(shù)國(guó)家和汽車廠商對(duì)它青睞有加,但在與鋰電池之爭(zhēng)中它卻存在感十足。這是因?yàn)橄啾蠕囯姵兀瑲淙剂想姵赜兄a(bǔ)給時(shí)間短、“零污染”、續(xù)航里程高等決定性優(yōu)點(diǎn)。
一個(gè)是肆無(wú)忌憚的享受著如天空般廣闊的電動(dòng)汽車市場(chǎng)的弄潮兒,一個(gè)是隱于市不輕易示人的絕世高手,江湖上這么定義它們。
鋰電池不完美,燃料電池不接地氣
在市場(chǎng)角逐中,鋰電池當(dāng)然會(huì)勝,畢竟后者有著扎扎實(shí)實(shí)的百年發(fā)展歷史,市場(chǎng)成熟度要比氫燃料電池高得多。就拿基礎(chǔ)設(shè)施修建成本來(lái)說(shuō),鋰電池充電站的成本要比燃料電池低得多。比如一座特斯拉超級(jí)充電站的修建成本大約為30萬(wàn)美元,而一座加氫站的成本卻高達(dá)100~200萬(wàn)美元。
雖然近些年來(lái)高成本的燃料電池汽車已經(jīng)開(kāi)始有了大幅度的下降,甚至已有豐田Mirai(氫燃料電池車)這樣售價(jià)僅為26萬(wàn)元(起)的產(chǎn)品出現(xiàn),但整體來(lái)說(shuō)還是價(jià)格過(guò)高。鋰電池汽車就不一樣了,相比前者它的價(jià)格簡(jiǎn)直不能再感人,某些國(guó)產(chǎn)車型不說(shuō),單是溢價(jià)加身的特斯拉都能下探到3.5萬(wàn)美元區(qū)間(Model3)。
按理說(shuō),到這里氫燃料電池和鋰電池的斗爭(zhēng)應(yīng)該告一段落了,但人類的里程焦慮癥卻幫了氫燃料電池一把。比如現(xiàn)代推出的新一代氫燃料電池汽車FCEV,一次充電里程可高達(dá)580公里,要知道強(qiáng)如特斯拉ModelS100D(增程版本,全球最長(zhǎng)續(xù)航的量產(chǎn)電動(dòng)汽車),其續(xù)航里程也不過(guò)539公里,更不用談大多數(shù)車型還在300公里的瓶頸上掙扎了。
有如此高續(xù)航里程的表現(xiàn)并不是他們用了什么神奇藥水,事實(shí)上這是其一貫風(fēng)格,比如本田Clarity的續(xù)航里程為589公里、豐田Mirai的續(xù)航里程為483公里。都不是省油的燈。
很明顯,鋰電池不完美,燃料電池不接地氣。而在不完美和接地氣的選擇上,多數(shù)國(guó)家和汽車廠家并沒(méi)有猶豫太久就投入了鋰電池的懷抱,也難怪鋰電池被推倒了風(fēng)口浪尖。
但這并不代表全部,因?yàn)槿剂想姵睾弯囯姵夭⒉皇翘焐鷳?yīng)該站在天平兩端的競(jìng)爭(zhēng)者,畢竟就原理上說(shuō),氫燃料電池屬于能量轉(zhuǎn)化裝置,鋰電池屬于儲(chǔ)電裝置,更何況混合動(dòng)力汽車都已經(jīng)大行其道了,汽油機(jī)和電機(jī)都能友好共處,為什么氫燃料電池和鋰電池就不能了?
再說(shuō)了,優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)下氫-電混合能通過(guò)鋰電池解決電動(dòng)汽車的電控問(wèn)題,還能通過(guò)氫電池解決電動(dòng)汽車的續(xù)航問(wèn)題,何樂(lè)而不為。
這并不是空穴來(lái)風(fēng),在第67屆法蘭克福國(guó)際車展開(kāi)幕前夕,奔馳公司放出了一枚重磅“炸彈”,宣布推出首款插電式氫燃料電池混合動(dòng)力車GLCF-CELL。
該車以氫燃料電池和鋰電池共同作為能量來(lái)源,載有4.4公斤氫燃料,最大續(xù)航里程可達(dá)437公里,配合使用9kWh鋰電池還可續(xù)加近50公里程。在奔馳眼里這是“通往零排放駕駛道路上的里程碑。”
當(dāng)然這并不是“尬混”,奔馳巧妙的設(shè)計(jì)了三種電池模式:混動(dòng)模式、燃料電池模式和電池模式。在混動(dòng)模式下,汽車從氫燃料電池和鋰電池獲得動(dòng)力,能量提供方式由電腦調(diào)配。當(dāng)駕駛?cè)讼胍A(yù)留鋰電池電量以備特定駕駛需要時(shí),可僅使用氫燃料電池提供能源。相應(yīng)的,在電池模式下,燃料電池系統(tǒng)停止工作,車輛完全由高壓電池提供能源。
為了緩解充電/能源補(bǔ)給焦慮,該車兩個(gè)碳纖維儲(chǔ)氣罐加氫時(shí)間在3分鐘內(nèi),并采用了插電方式,充滿電用時(shí)約1.5小時(shí)。
就乘用車領(lǐng)域奔馳并不孤單,比如今年日內(nèi)瓦車展上展出的正道汽車,使用了石墨烯基鋰電池作為主要?jiǎng)恿υ矗⒖蛇x裝零排放的氫燃料電池系統(tǒng)增程器,和奔馳GLCF-CELL有著異曲同工之妙。
氫燃料電池混合動(dòng)力車優(yōu)點(diǎn)
在定性問(wèn)題上,氫燃料電池混合動(dòng)力系統(tǒng)歸于串聯(lián)式混合動(dòng)力系統(tǒng)一類,我們可以把它簡(jiǎn)單理解成是將內(nèi)燃機(jī)和發(fā)電機(jī)換成燃料電池的一種技術(shù)。
雖然奔馳沒(méi)有詳細(xì)解釋他們的氫燃料電池混合動(dòng)力車能量調(diào)配方式,但就一般來(lái)說(shuō)這種組合帶來(lái)的優(yōu)勢(shì)不僅僅是續(xù)航里程提高、多種能量可選這么簡(jiǎn)單。
事實(shí)上這種組合還能帶來(lái)一些意想不到的好處,比如我們知道燃料電池存在動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度慢的問(wèn)題,當(dāng)車輛的運(yùn)行狀態(tài)在極短的時(shí)間內(nèi)發(fā)生急劇變化(比如起步、急加速),動(dòng)力系統(tǒng)往往無(wú)法滿足車輛所需的功率。另外,受冷啟動(dòng)特性的影響,在低溫下啟動(dòng)時(shí),燃料電池存在啟動(dòng)時(shí)系統(tǒng)效率低、啟動(dòng)速度慢的問(wèn)題。
面對(duì)這些亟待解決的問(wèn)題,鋰電池就派上了用場(chǎng)。由鋰電池提供車輛啟動(dòng)、加速、減速等非穩(wěn)態(tài)下所需的大功率,而燃料電池則用來(lái)提供穩(wěn)定工況下的輸出功率。
少讓燃料電池干自己不擅長(zhǎng)的,還能大大提升氫燃料電池的使用效率以及使用壽命,鋰電池和氫燃料電池的組合一拍即合。
氫燃料電池混合動(dòng)力并非奔馳獨(dú)創(chuàng)
嚴(yán)格來(lái)說(shuō),氫燃料電池混合動(dòng)力并不是奔馳的獨(dú)創(chuàng),比如國(guó)內(nèi)外已經(jīng)有不少客車也使用了燃料電池混合動(dòng)力系統(tǒng),只不過(guò)他們的動(dòng)力電池選用的是蓄電池或超級(jí)電容(奔馳使用的是鋰電池作為動(dòng)力電池)。
比如就在不久前由“十二五”國(guó)家科技支撐計(jì)劃支持的“燃料電池/超級(jí)電容混合動(dòng)力100%低地板有軌電車研制”項(xiàng)目就取得了重大成果,研制了具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的世界首列氫燃料電池/超級(jí)電容有軌電車并投入商業(yè)運(yùn)營(yíng)。這款由中車唐山公司研制的有軌電車,最高時(shí)速70km/h,一次快速加氫僅需15分鐘,可持續(xù)行駛40公里。
而關(guān)于鋰電池和蓄電池、超級(jí)電容之間的斗爭(zhēng)則是另一段故事了,但就乘用車而言,鋰電池在這三者間是當(dāng)今最佳的選擇。比如雖然馬斯克對(duì)超級(jí)電容給與了好評(píng)(超級(jí)電容充電速度快,10秒~10分鐘即可充滿),但身體卻很堅(jiān)定地選擇了鋰電池(先后使用與松下聯(lián)合研發(fā)的18650、21700型鋰電池)。
小結(jié)
關(guān)于氫燃料電池還是鋰電池的爭(zhēng)論還會(huì)持續(xù)下去很長(zhǎng)時(shí)間,畢竟就現(xiàn)今來(lái)說(shuō)電池系統(tǒng)呈現(xiàn)的是百花齊放百家爭(zhēng)鳴的態(tài)勢(shì),很難說(shuō)哪一種產(chǎn)品將會(huì)主宰未來(lái)。我們今天聊到的氫燃料電池混合系統(tǒng),作為及大家之所長(zhǎng)的技術(shù),它兼顧了鋰電池的快速積極和氫燃料電池的超高續(xù)航的優(yōu)點(diǎn)。
雖然這項(xiàng)技術(shù)的量產(chǎn)化之路還遍布荊棘,但并非不可戰(zhàn)勝,至少奔馳和正道已經(jīng)有了實(shí)際產(chǎn)品。退一步說(shuō),即便不和鋰電池搭伙,氫燃料電池混合動(dòng)力系統(tǒng)還是有著極高的生命力。也許在未來(lái),我們不會(huì)爭(zhēng)論選擇氫燃料電池還是鋰電池,而是這二者將會(huì)以怎么樣的方式進(jìn)行合作。