鉅大LARGE | 點(diǎn)擊量:1037次 | 2018年07月09日
燃料電池動(dòng)力和三元鋰動(dòng)力性能上的差異有哪些
不過(guò)就在本月11號(hào),李克強(qiáng)總理訪問(wèn)日本,在安倍晉三的陪同下參觀了豐田汽車(chē)公司,豐田公司社長(zhǎng)豐田章男詳細(xì)向李克強(qiáng)總理介紹了豐田汽車(chē)的各種新技術(shù),包括采用氫燃料電池技術(shù)的量產(chǎn)車(chē)Mirai。眾所周知,日系廠商有別于歐美,選擇了一條氫燃料電池的技術(shù)路線,并且早已取得了相對(duì)領(lǐng)先的進(jìn)展(Mirai2015年就在日本開(kāi)始銷(xiāo)售了),那么豐田是否能像Hybrid技術(shù)那樣引領(lǐng)行業(yè)發(fā)展呢?
兩年多前,當(dāng)國(guó)內(nèi)幾乎所有新勢(shì)力及傳統(tǒng)主機(jī)廠,都在扎堆研發(fā)基于三元鋰電池的純電動(dòng)乘用車(chē)時(shí),豐田發(fā)布了一款可量產(chǎn)的氫燃料電池車(chē)Mirai,不過(guò)曇花一現(xiàn),這款產(chǎn)品在國(guó)內(nèi)并沒(méi)有掀起多少媒體和用戶的關(guān)注。為什么國(guó)內(nèi)對(duì)燃料電池電動(dòng)車(chē)的研發(fā)一直熱度很低?燃料電池動(dòng)力和三元鋰動(dòng)力在性能上到底有哪些差異?這些差異值不值得用戶期待?今天我們就來(lái)聊下這個(gè)話題。
新能源市場(chǎng)欣欣向榮,但純電路線存在固有短板
其實(shí)國(guó)內(nèi)的用戶到目前為止,購(gòu)買(mǎi)新能源車(chē)都是被迫選擇,原因是中國(guó)的新能源市場(chǎng)從起步發(fā)展到現(xiàn)在包括將來(lái)很長(zhǎng)一段時(shí)間,始終是一個(gè)政策市場(chǎng),所謂政策市場(chǎng)指的是政策在推動(dòng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展,而不是用戶需求在推動(dòng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展。
為什么這么多車(chē)企都在執(zhí)著的研發(fā)著純電車(chē)輛?首先是特斯拉開(kāi)了個(gè)好頭,讓大家有了參照的標(biāo)桿,國(guó)家補(bǔ)貼也是傾向于純電技術(shù)路線的,并且純電路線最大的好處是可以比較快的規(guī)?;?,工業(yè)化。因?yàn)閲?guó)內(nèi)像寧德時(shí)代、比亞迪這樣的電池供應(yīng)商已經(jīng)發(fā)展成一定規(guī)模,電池產(chǎn)能也在每年提升。但是純電動(dòng)車(chē)真的就是用戶最需要的產(chǎn)品嗎?
充電溫度:0~45℃
-放電溫度:-40~+55℃
-40℃最大放電倍率:1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%
引領(lǐng)電動(dòng)汽車(chē)全球風(fēng)潮的馬斯克和它的特斯拉車(chē)型
除了政策的傾向,以及電氣化是中國(guó)社會(huì)的大勢(shì)所趨外,純電動(dòng)車(chē)自身其實(shí)是具備一些短板的。最主要的兩個(gè)不足是:能量密度低和生產(chǎn)及廢棄過(guò)程會(huì)污染環(huán)境。次要短板包括:充電時(shí)間長(zhǎng),電池壽命有限,等等。
能量密度是制約發(fā)展的重大問(wèn)題,攻克尚待時(shí)日
曾經(jīng)有一國(guó)外的MG視頻算過(guò)一筆賬,如果把一個(gè)燃油車(chē)和一個(gè)純電動(dòng)車(chē)從生產(chǎn)到使用直至報(bào)廢的全生命周期進(jìn)行二氧化碳排放的對(duì)比,純電動(dòng)車(chē)所排放的溫室氣體要遠(yuǎn)大于傳統(tǒng)燃油車(chē)。不過(guò),作為發(fā)展中國(guó)家,往往都會(huì)走過(guò)先污染后治理的過(guò)程,就像一線城市的霧霾,當(dāng)人們還不知道PM2.5是什么的時(shí)候,其實(shí)它已經(jīng)存在很多年了,只有當(dāng)它影響到我們的生活,我們才會(huì)覺(jué)醒,懂得需要去治理他。所以,如果說(shuō)環(huán)保問(wèn)題還不是迫在眉睫的話,那么能量密度則是純電動(dòng)車(chē)的最大性能軟肋。因?yàn)槟芰棵芏戎苯記Q定著續(xù)航里程和整車(chē)重量。
如果看過(guò)鋼鐵俠1的話,應(yīng)該對(duì)里面的這個(gè)橋段有印象:反派打造好了全套鋼衣,卻始終攻克不了TonyStark微型核反應(yīng)堆的核心技術(shù),最后只能通過(guò)竊取而獲得了鋼衣的動(dòng)力??梢?jiàn)能量密度是直接影響到所有可移動(dòng)產(chǎn)品的性能的最關(guān)鍵因素。
標(biāo)稱電壓:28.8V
標(biāo)稱容量:34.3Ah
電池尺寸:(92.75±0.5)* (211±0.3)* (281±0.3)mm
應(yīng)用領(lǐng)域:勘探測(cè)繪、無(wú)人設(shè)備
即使車(chē)身大半采用了鋁合金,也難掩ES8車(chē)重巨大的現(xiàn)實(shí)。
作為一臺(tái)續(xù)航里程600公里的純電動(dòng)SUV,以現(xiàn)有的科技(包括輕量化,空氣動(dòng)力學(xué)優(yōu)化,電控性能優(yōu)化)仍然需要100度左右的電池儲(chǔ)電量。而按照現(xiàn)有可量產(chǎn)電芯的能量密度加上電池包的重量,整個(gè)儲(chǔ)能系統(tǒng)的重量將會(huì)達(dá)到800-900kg有些性能優(yōu)化不好的產(chǎn)品甚至?xí)咏?噸,如果整車(chē)輕量化和工藝控制不夠好,整車(chē)重量很容易逼近3噸,蔚來(lái)接近2.5噸的整備質(zhì)量會(huì)給能量使用效率產(chǎn)生很大掣肘。
由于能量密度問(wèn)題和諸多安全規(guī)范,電池組的重量遠(yuǎn)燃油油箱。
這么大的重量用在乘用車(chē)上是非??膳碌模亓吭酱?,勻速巡航時(shí)的滾動(dòng)阻力越大,加速所需要消耗的能量也越多,從而會(huì)更進(jìn)一步加大能量消耗,降低能量使用效率。不僅如此,車(chē)輛動(dòng)態(tài)性能,極速性能,百公里電耗都會(huì)受到極大的影響。
體積巨大的EDVAC是世界上第一臺(tái)現(xiàn)代電子計(jì)算機(jī)(1949年馮諾依曼研制)
當(dāng)然,有些人用電腦的性能來(lái)打比方,比如說(shuō):當(dāng)年電腦剛被發(fā)明出來(lái)的時(shí)候也有好幾噸重,體積大到需要占滿十幾個(gè)房間,但隨著技術(shù)的進(jìn)步現(xiàn)在的電腦可以小到放到口袋。的確,IT行業(yè)的技術(shù)發(fā)展速度一直是按照摩爾定律進(jìn)行的,也就是每18個(gè)月芯片的性能可以翻一倍。那么電池行業(yè)又摩爾定律嗎?有,但是很遺憾,從鋰電池大規(guī)模量產(chǎn)的90年代到現(xiàn)在20多年的發(fā)展歷程中,量產(chǎn)鋰電池能量密度平均每年的提升是5%-8%,遠(yuǎn)低于摩爾定律的Double速度。
氫燃料電池在能量密度上擁有天然優(yōu)勢(shì)
正因?yàn)殇囯姵啬芰棵芏壬系亩贪?,就給氫燃料電池創(chuàng)造了機(jī)會(huì)。眾所周知?dú)淙剂想姵夭⒉皇侵苯觾?chǔ)存電能,而是通過(guò)燃料電池反應(yīng)堆把氫氣所具備的化學(xué)能轉(zhuǎn)化成電能,再由電機(jī)把電能轉(zhuǎn)化成機(jī)械能。這個(gè)過(guò)程有點(diǎn)像傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)一樣,把燃料所儲(chǔ)存的化學(xué)能最終轉(zhuǎn)化成機(jī)械能,所以得名燃料電池(FuelCell)。氫是目前地球上已知能量密度最高的元素之一,而且在地球上儲(chǔ)量巨大,它的熱值高達(dá)142KJ/g。這是什么概念呢?汽油的能量密度已經(jīng)很高了吧?汽油的熱值是44.3KJ/g,相差了3倍多。不僅如此,我們知道內(nèi)燃機(jī)在轉(zhuǎn)化熱能時(shí)會(huì)有大量損耗,真正能夠轉(zhuǎn)化出來(lái)的機(jī)械能也就20-30%,而且內(nèi)燃機(jī)汽缸數(shù)越多轉(zhuǎn)速越高能量損耗越大。
燃料電池汽車(chē)的工作原理
而燃料電池的氫反應(yīng)堆的能量轉(zhuǎn)化效率在50%-60%以上,隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步,理論上氫能轉(zhuǎn)電能的轉(zhuǎn)化效率可以做到接近100%,電動(dòng)機(jī)把電能轉(zhuǎn)化成機(jī)械能的能量轉(zhuǎn)化效率在90%以上。這樣算下來(lái),氫燃料電池動(dòng)力的能量密度相當(dāng)于傳統(tǒng)燃油動(dòng)力的將近10倍。也正因?yàn)樵谀芰棵芏壬系膬?yōu)勢(shì),讓氫燃料電池車(chē)的小型化輕量化和高新能化成為可能。這也是為什么氫燃料電池車(chē)的續(xù)航里程可以很輕松的超過(guò)1000公里的原因,并且不會(huì)讓整車(chē)變得無(wú)比沉重,整車(chē)的電能使用效率要遠(yuǎn)高于純電動(dòng)汽車(chē)。波士頓動(dòng)力的機(jī)器人已經(jīng)學(xué)會(huì)跑步了,何時(shí)能見(jiàn)諸市場(chǎng)。
除了新能源汽車(chē)還有剛剛發(fā)布的波士頓動(dòng)力人工智能機(jī)器人。在機(jī)器人自動(dòng)控制方面進(jìn)一步進(jìn)化到了可小跑以及自動(dòng)導(dǎo)航尋找目標(biāo)的狀態(tài),但往往最制約這種可移動(dòng)裝備的并不是自動(dòng)控制和自動(dòng)導(dǎo)航技術(shù),而是它的電能供給。之前美國(guó)軍方原本采購(gòu)波士頓動(dòng)力的人工智能機(jī)器人作為特種武器,但由于鋰電池的能量密度太低,機(jī)器人能耗太高,導(dǎo)致雖然我們我們?cè)谝曨l里看到的動(dòng)作都很精彩,但續(xù)航里程十分有限,僅能拿出來(lái)作秀,無(wú)法投入商業(yè)量產(chǎn)。試想如果給這樣的人工智能機(jī)器人裝上能量密度更高的并且小型化后的氫燃料電池,或許離商業(yè)化可以更進(jìn)一步了。
純電主要?jiǎng)僭诠I(yè)化生產(chǎn)的可行性,但燃料電池的熱度正在升高
當(dāng)然,純電動(dòng)汽車(chē)也不是完全一無(wú)是處,首先它是目前能夠具備大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)的電動(dòng)車(chē)解決方案。由于使用量大,電芯成本也在逐年下降,并且國(guó)內(nèi)已經(jīng)具備大規(guī)模生產(chǎn)動(dòng)力電池的生產(chǎn)能力。而氫燃料電池的成本始終是最大的制約其普及的因素,國(guó)內(nèi)并沒(méi)有掌握其核心材料技術(shù),也不具備大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)能力。
不久前,李克強(qiáng)總理剛剛在訪日過(guò)程中走訪了豐田北海道工廠。
不過(guò)就在本月11號(hào),李克強(qiáng)總理訪問(wèn)日本,在安倍晉三的陪同下參觀了豐田汽車(chē)公司,豐田公司社長(zhǎng)豐田章男詳細(xì)向李克強(qiáng)總理介紹了豐田汽車(chē)的各種新技術(shù),包括采用氫燃料電池技術(shù)的量產(chǎn)車(chē)Mirai。眾所周知,日系廠商有別于歐美,選擇了一條氫燃料電池的技術(shù)路線,并且早已取得了相對(duì)領(lǐng)先的進(jìn)展(Mirai2015年就在日本開(kāi)始銷(xiāo)售了),那么豐田是否能像Hybrid技術(shù)那樣引領(lǐng)行業(yè)發(fā)展呢?
2009年,我曾在專欄介紹過(guò)采用Hybrid技術(shù)的豐田凱美瑞混動(dòng)版,并提到:當(dāng)歐美品牌廠商意識(shí)到Hybrid混合動(dòng)力是大勢(shì)所趨的時(shí)候,才發(fā)現(xiàn)自己已經(jīng)落后豐田十年了,從而大量購(gòu)買(mǎi)豐田的技術(shù)。如果接下來(lái)國(guó)家對(duì)氫燃料電池技術(shù)開(kāi)始有政策利好,那么相信很短的時(shí)間里,國(guó)內(nèi)就會(huì)有氫燃料電池新能源車(chē)可供用戶選擇,如果能夠加大氫燃料電池的補(bǔ)貼力度,相信它將會(huì)離我們的生活越來(lái)越近。我和電動(dòng)邦也會(huì)隨時(shí)跟蹤氫燃料電池的在國(guó)內(nèi)市場(chǎng)的動(dòng)向,為用戶介紹和推薦富有競(jìng)爭(zhēng)力的車(chē)型。