豐田將氫能定位為“未來的清潔環(huán)保能源”，并認為氫燃料電池車是對社會貢獻度極高的“終極環(huán)保車”。于此同時，日本首相安倍晉三也親自為豐田Marai代言。

 

       反觀國內(nèi)，很多車企把純電動汽車領(lǐng)域，也取得了不俗的成果。

 

       那么這兩個發(fā)展新能源汽車的思路，誰將會引領(lǐng)行業(yè)潮流呢？下面我們具體分析一下。

 

動力系統(tǒng)的組成

 

       從目前的發(fā)展狀況看，兩者的動力系統(tǒng)決定了他們的續(xù)航里程，決定了車內(nèi)的乘坐空間，也決定了車企發(fā)展的方向。

 

1.純電動汽車

 

       從目前的發(fā)展情況來看，純電動汽車的動力系統(tǒng)主要是動力電池+電機的組合形式。當下流行的動力電池是正極為鎳鈷錳的三元鋰電池，由上千個電芯經(jīng)過包裝整合組成電池pack。

 

 

 

▲上圖為純電動汽車內(nèi)部構(gòu)造圖

 

       如上圖所示，電池pack一般懸掛在汽車底盤下邊，為純電動汽車續(xù)航提供能量，目前一個pack所攜帶的電量普遍小于90Kwh。

 

       現(xiàn)在用的電機一般是交流感應(yīng)電機，這種電機比較小，但是能輸出比較大的功率。還有一種電機是輪轂電機，能耗比較小，但受限于成本，并未普及。

 

2.氫能汽車

 

       目前的氫能汽車，它的動力系統(tǒng)主要是電動機+燃料電池+儲能電池+儲氫罐的組合形式。和純電動汽車相比，它的動力系統(tǒng)要復雜的多，電機基本相似，我們只討論電池和儲能裝置。

 

       我們可以把氫能汽車上的電池分為兩種，一種是通過加氫燃料產(chǎn)生電能的，另一種是儲備電能的，前一種稱為燃料電池，后一種稱為儲能電池，這兩種電池必不可少。

 

 

 

▲上圖為氫燃料電車的內(nèi)部構(gòu)造圖

 

       通俗地講，燃料電池是一個開環(huán)系統(tǒng)，他需要不斷的的補充燃料---氫化物，我們也可以稱為燃料電池反應(yīng)堆。

 

       相比之下，儲能電池是一個閉環(huán)系統(tǒng)，它的作用就是儲能和充放電，當然三元鋰電池也可以用作儲能電池。

 

       除此之外，最重要的就是上圖中黃色的儲氫罐了，儲氫罐的作用是存儲燃料的，所以體積也比較大。

 

       對比兩者的動力系統(tǒng)組成，我們發(fā)現(xiàn)氫能汽車比純電動車復雜太多了，純電動汽車的技術(shù)要更成熟一些，就動力系統(tǒng)的安全性來講，沒有燃料電池反應(yīng)堆的純電動汽車更安全。就動力本身來講，氫能汽車的能量供給則會更好。

 

兩者發(fā)展遇到的技術(shù)瓶頸

 

       到目前為止，這兩者的發(fā)展都不同程度的遭遇瓶頸，純電動汽車的瓶頸就在于鋰電池技術(shù)的突破，這是一個世界性難題。

 

 

 

▲上圖代表動力電池能量密度急需突破

 

       如上圖所示，影響純電動汽車最大的因素就是續(xù)航里程和充電的便利性，充電便利性屬于基礎(chǔ)設(shè)施，我們可以慢慢改進，但是續(xù)航里程呢？反映到動力電池上就是能量密度，以及鋰電池材料的選用。

 

       目前氫燃料電池車的問題就是整套系統(tǒng)過于龐大，與燃油車和純電動車相比都毫無優(yōu)勢。

 

       與此同時，氫能汽車無法儲存液氫，儲氫罐裝的通常都是金屬氫化物，其密度只有汽油的1/3，要達到汽油車的續(xù)航，儲氫罐的體積是油箱的3倍。

 

       而且燃料電池、儲能電池、電動機這些動力系統(tǒng)的體積并不比發(fā)動機+變速箱的體積小多少。所以氫燃料電池車要解決的問題是：提高儲氫罐的能量密度、壓縮燃料電池的體積。

 

政策支持 兩條腿走路

 

       在中國，為了提倡節(jié)能減排，國家從2013年之前國家就對新能源汽車進行補貼，每年都會根據(jù)市場狀況出臺新能源汽車補貼標準，一直持續(xù)到現(xiàn)在。氫能汽車的補貼也一直都有，發(fā)展緩慢完全是因為自身還不夠成熟。

 

 

 

▲上圖寓意政府出臺補貼政策

 

       在日本，自1998年就開始實行的“CEV補貼”（即清潔能源汽車補貼），補貼規(guī)則、車型和預算由日本下一代汽車振興中心每年根據(jù)市場情況進行調(diào)整。目前日本的氫氣站的成本約為240萬美元，日本政府為企業(yè)提供50%的安裝費用補貼。

 

       此外，美國、德國、荷蘭、挪威等國家為了發(fā)展新能源汽車也都出臺了相應(yīng)的氫能汽車補貼政策。

 

       基于此，我們可以發(fā)現(xiàn)，其實各國對于氫燃料電池汽車的鼓勵政策一直都有，沒有任何歧視，發(fā)展新能源既要發(fā)展純電動汽車，也要發(fā)展氫能汽車。

 

       由此可見，其實新能源汽車誰能笑到最后，只取決于一個因素——能量密度，再準確一點就是整套動力系統(tǒng)的能量密度。從目前來看，純電動汽車技術(shù)更加成熟，氫能汽車卻昭示著未來發(fā)展方向。

 

 

 

相關(guān)：加一次油跑1000公里，豐田技術(shù)領(lǐng)先中國幾十年？

 

文：微信公號“瞭望智庫”（ID：zhczyj） 作者：汪濤 上海析易船舶技術(shù)有限公司總經(jīng)理

 

       國務(wù)院總理李克強當?shù)貢r間5月11日上午在日本首相安倍晉三陪同下，來到位于苫小牧市的豐田汽車北海道廠區(qū)參觀考察。

 

       據(jù)媒體報道，豐田汽車特意將“最尖端”的汽車技術(shù)運到這一零部件廠展示給李總理，主要報道的技術(shù)有三個：多功能出行平臺、自動駕駛、氫燃料電池車。網(wǎng)上同時還有一些說法，指豐田還擁有固態(tài)電池技術(shù)的純電動車，以及加滿油續(xù)航里程可達1000公里的汽車等。

 

       在此我們不僅需要對豐田的尖端技術(shù)作一些評價，也需要澄清一些問題。

 

 

 

       整個參觀過程幾乎就是李克強總理與研發(fā)人員的問答過程 本文圖片來自微信公號“瞭望智庫”

 

       毫無疑問，經(jīng)過了四十年改革開放，國內(nèi)科技水平有了飛速進步，現(xiàn)在中國領(lǐng)導人去日本所看到的技術(shù)差距，與幾十年前鄧小平參觀日本時的技術(shù)差距遠遠不可同日而語。

 

       客觀來說，日本豐田不僅在汽車技術(shù)領(lǐng)域依然保持世界領(lǐng)先，在生產(chǎn)制造上也有很多管理經(jīng)驗為世界制造業(yè)所模仿。

 

       例如為全球業(yè)界稱道的精益生產(chǎn)（Lean Production）、準時制生產(chǎn)（Just in time，也叫零庫存生產(chǎn)）等就是豐田公司創(chuàng)造的，甚至在生產(chǎn)管理上形成“豐田生產(chǎn)方式”的概念。

 

       但是，隨著中國生產(chǎn)企業(yè)的大量崛起并向豐田等先進公司持續(xù)學習，現(xiàn)在中日之間的技術(shù)差距已經(jīng)顯著縮小了。

 

1、氫燃料電池車：豐田領(lǐng)先世界

 

       首先來看多功能出行平臺，這個事實上并不能算什么新的技術(shù)，而是一種應(yīng)用創(chuàng)新，是把共享乘車、商品零售、貨物運送等多種功能集成在一輛車上，這點毋庸多談。

 

       自動駕駛技術(shù)，包括美國和中國在內(nèi)的很多公司也都在做，而且中國公司起步并不晚，技術(shù)水平可以說與國外相差不大。我個人始終認為對“自動駕駛”這個概念需要仔細地進行區(qū)分，不要去搞漫無邊際的自動駕駛。要首先對技術(shù)載體進行嚴格的限定，例如地鐵進行自動駕駛相對就比較容易實現(xiàn)；然后是有限定條件的自動駕駛，現(xiàn)階段就想“一步到位”、實現(xiàn)在任意復雜城市路面上的無人駕駛，搞不好會成為又一個“第五代計算機”計劃（注：日本在20世紀80年代初提出，最后失敗的科技發(fā)展計劃）。

 

       值得重視的是豐田的氫燃料電池車，豐田的確是這一領(lǐng)域的世界領(lǐng)導者。

 

       業(yè)界普遍認為氫燃料電池車是終級的理想汽車技術(shù)，一方面原因是它在行駛過程中排放出的只是水，另一方面是氫氣是各種氣體中密度最小的，而燃料電池的氧化劑則是取自空氣中的氧氣（對比之下鋰電池氫化劑則存在于電池本身），可以說是隨時補給、取之不盡。事實上，一切燃料電池都具有類似的從空氣中獲取氧氣作氧化劑從而減輕重量的優(yōu)點，例如各種金屬空氣電池等。傳統(tǒng)的燃油車能量密度較高，從而續(xù)航里程較長，事實上也是利用了這一點。所以，氫燃料電池的比能量密度在理論上是比較高的，每公斤氫氣的比能量密度可達約17千瓦時，這是現(xiàn)在鋰電池（以三元鋰電池來計算）的85倍左右。

 

       在實際應(yīng)用中，因為儲氫罐等需要占一定重量，因此實際比能量密度會大幅度降低?？傮w上說現(xiàn)在整個儲氫系統(tǒng)效率在5%，也就是整個儲氫系統(tǒng)的總重量100公斤，實際儲存的氫氣是5公斤左右。這會使儲氫系統(tǒng)的能量密度比理論上降低到20分之1。但就算這樣，一次加氫5公斤，其儲存的能量也可使氫燃料電池車續(xù)航里程達到600公里以上，與傳統(tǒng)燃油車大致持平。

 

 

 

       2018款的豐田Mirai（日文“未來”之意）一次加滿5公斤氫氣的續(xù)航里程可以達到700公里。加氫過程在時間上與燃油車也差不多，每公里燃料使用成本大約為0.5元人民幣，比燃油車略高一些。所以，如果從使用習慣和使用成本上說，氫燃料電池車與現(xiàn)在的燃油車很接近，接下來想要實現(xiàn)商業(yè)化普及，最關(guān)鍵的是要大量投資新建加氫站網(wǎng)絡(luò)。

 

 

 

豐田Mirai

 

       當然，自然界并不存在廣泛可獲取的氫，而需要通過消耗一定能量生產(chǎn)制取。所以對“氫能”這個說法是需要謹慎理解的。在現(xiàn)實能源產(chǎn)業(yè)中，氫只是一種能量轉(zhuǎn)換的載體，而不是天然可開采的能源。生產(chǎn)氫的途徑很廣泛，且歷史很久，已經(jīng)算是一個傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)了。以甲烷、甲醇、乙醇等很多化工原料為基礎(chǔ)都可以制氫，通過電解法也可以直接用水來制氫。業(yè)界期待的最理想境界是直接用簡單的方法以太陽能或風能等為能源，通過電解水逆反應(yīng)，從水中生產(chǎn)氫，這樣全流程就非常環(huán)保了。

 

       氫燃料電池車的核心是氫燃料電池系統(tǒng)，這里面有兩個關(guān)鍵性的技術(shù)。一是氫燃料電池，二是氫的儲存。在這兩個方面，豐田公司的技術(shù)的確都是世界最領(lǐng)先的。

 

       氫燃料電池最核心的是催化反應(yīng)部分，它將自帶的氫氣與取自空氣中的氧氣經(jīng)過電化學反應(yīng)產(chǎn)生電。催化反應(yīng)需要用到極為昂貴的金屬鉑，這種金屬每年全球產(chǎn)量只有200噸多一點，比黃金還要稀少得多。要降低燃料電池的成本，從技術(shù)上說關(guān)鍵是要盡可能減少鉑的使用量，或者有替代鉑的方案。豐田公司能做到將一輛氫燃料電池車的鉑需求量進一步減少。業(yè)界也在積極尋求不用鉑的催化技術(shù)，如果能實現(xiàn)就解決了燃料電池汽車制造成本上的一個最大的技術(shù)難題。

 

       儲存氫氣也是一個很難的技術(shù)，因為氫分子實在是太小了，如果用一般的鋼瓶儲存，氫氣分子都會鉆到鋼材的縫隙中去，產(chǎn)生叫“氫脆”的問題，使鋼瓶的強度下降。因此，需要將氫氣以700個大氣壓儲存在復合材料制作的特殊氫氣罐里。毫無疑問，其品質(zhì)對安全保證是很關(guān)鍵的。不過，氫氣儲存在安全性上也有它的優(yōu)點，即使它發(fā)生泄露，由于氫氣比空氣輕，它會迅速向上漂，而不象汽油泄露那樣流得到處都是。汽車里泄露的汽油一旦著火，極大概率是會迅速把整個汽車燒毀。所以從理論上說氫燃料電池車至少比燃油車更為安全。豐田公司的氫氣罐可以做到用世界上最強武器之一——美軍海軍陸戰(zhàn)隊使用的M82A3式狙擊步槍都打不穿的地步。