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纯电动车有“硬伤” 燃料电池车后来居上
2014-07-22 10:43:51 来源:汽车周报 作者:周庆文 【 】 浏览:2503次 评论:0

纯电动车有“硬伤” 燃料电池车后来居上

14-07-21 08:43 来源:汽车周报 作者:周庆文
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最 近几年,很多专家都发表了支持新能源车技术多样化的观点,建议不要把技术路线限定在纯电动汽车上,也希望企业都能够有一些创新。如果最终都要走入燃料电池 车的方向,而且两者之间的技术差距仅有几年时间,中国投巨资建设的充电站最后也要改成加氢站,可能会造成一种巨大的浪费。

最近一周,有关新能源汽车的消息非常吸引眼球。日前,国务院常务会议、国家机关事务管理局分别出台了新能源车免征购置税、《政府机关及公共机构购买 新能源汽车实施方案》,再次对新能源车的发展出台支持政策。与此同时,丰田汽车正式发布了即将在日本上市的燃料电池汽车(FCV)的预售价格,在700万 日元(约42万元人民币)左右。

一方面是中国政府大力推广以纯电动汽车为主的新能源车,另一方面是国外已经把终极新能源车的价格大幅度降低,大有赶超纯电动汽车的趋势。有消息称, 日本政府计划到2025年将燃料电池汽车的价格降到2万美元,相当于目前A级车的价格,也与目前的纯电动汽车价格相当。如果这一目标实现,纯电动汽车的竞 争力将更加令人担忧。

纯电动车有“硬伤”

2009年,中国出台了《汽车产业调整和振兴规划》,确立了发展纯电动汽车等新能源车的方向。此后几年,我国相继出台了一系列政策,并把新能源车的最终方向定为纯电动汽车。

北汽新能源汽车公司副总经理张勇告诉中国工业报记者,自2010年被列入七大战略性新兴产业以来,新能源汽车就被作为汽车产业发展的必然战略取向。 国家和地方政府多次发布扶持新能源汽车的政策,不仅可以有效缓解我国能源和环境压力,也是加快我国汽车产业转型升级、培育新的经济增长点和国际竞争优势、 实现我国汽车产业可持续发展的重要战略举措。然而,尽管我国新能源汽车的发展已经启动多年,相关的政策也出台了一箩筐,新能源汽车的发展依然面临很多障 碍,且饱受业内人士和媒体的质疑,甚至对2015年能否实现50万辆的推广目标许多人士都心怀疑虑。

在张勇看来,我国新能源汽车的发展已经有了一些顶层设计的趋势。

今年5月,国家主席习近平在上海汽车集团考察时强调,发展新能源汽车是我国从汽车大国迈向汽车强国的必由之路,要加大研发力度,认真研究市场,用好用活政策,开发适应各种需求的产品,使之成为一个强劲的增长点。

近日,国务院常务会议决定自2014年9月1日至2017年年底,对获得许可在中国境内销售(包括进口)的纯电动汽车以及符合条件的插电式(含增程 式)混合动力、燃料电池三类新能源汽车,免征车辆购置税。7月13日,国家机关事务管理局等部门联合发布《政府机关及公共机构购买新能源汽车实施方案》, 明确国家机关、前期两批推广应用城市的政府机关及公共机构未来3年公车采购中新能源车比例不低于30%,其余省级单位政府机关及公共机构公务新能源车采购 比例3年内逐渐爬坡至30%,并对执行监督、充电设施建设等方面做出明确规定。

今年6月10日,北京市科委、北京市发改委、北京市财政局等单位组织召开了北京市新能源汽车推广应用相关政策媒体见面会,发布了《北京市示范应用新 能源小客车自用充电设施建设管理细则》和《北京市示范应用新能源小客车财政补助资金管理细则》。这是在《北京市示范应用新能源小客车管理办法》和《北京市 示范应用新能源小客车生产企业及产品审核备案管理细则》的基础上,出台的另两项推进新能源小客车示范应用的有力举措。自此,北京市在新能源小客车示范应用 方面已形成“一个办法、三个细则”的完整政策体系。 张勇告诉记者:“武汉、上海、江苏也出台了新能源汽车补贴细则。由此可见,密集出台的新能源汽车政策在不断向外释放信号,也预示着新能源汽车的发展正在进 入深水区。越来越多的迹象表明,新能源汽车长远发展所需的顶层设计正在被完善。”

我国本来也投入了一些人力、物力、财力研发燃料电池汽车,不过在最终技术路线的选择上统一到混合动力—插电式混合动力—纯电动汽车这样一条技术路线上。再加上特斯拉的热炒,电动汽车更是备受关注。

即便是如此,我国纯电动汽车的发展依然面临很多问题。

张勇说,目前纯电动汽车的发展有多方面的障碍,包括产业整体创新力不足,原始技术创新匮乏,缺乏核心竞争力,电池管理系统(BMS)、电机控制 (IGBT)等核心技术与国外先进水平相比仍有一定差距;产业基础薄弱,上下游产业链对汽车产品技术创新和制造水平有效支撑不足;基础设施建设滞后,公共 充换电设施建设与大规模示范运行需求矛盾较突出;公众对新能源汽车认知度低,仍需扩大公众环保理念和意识。

“据最新市场调查结果显示,基础设施不完善成为车主购买新能源汽车的最大顾虑。约68%的参与者认为当前充电桩并不像加油站那么普及,其里程焦虑症阻碍了购买新能源汽车的热情。”张勇告诉中国工业报记者。

燃料电池车后来居上

纯电动汽车遇到的问题,在燃料电池那里也同样存在。事实上,在确立纯电动汽车的发展方向时,燃料电池车还有很多技术问题待解决,成本也要高出纯电动汽车数倍,因此只能被看做是未来技术的发展方向。但是燃料电池在此后的快速发展让人始料未及。

广泛应用于电动汽车的燃料电池是一种称为质子交换膜的燃料电池(PEMFC),它以纯氢为燃料,以空气为氧化剂,不经历热机过程,不受热力循环限 制,因此能量的转换效率高。同时,它还具有噪音低、无污染、寿命长、启动迅速、比功率大和输出功率可随时调整等特性,使得PEMFC非常适合用作交通工具 的动力源。

丰田(中国)执行副总经理董长征告诉中国工业报记者,丰田研发了很多新能源车的技术,但认为最终的技术方向应该是氢燃料电池。

重庆交通大学教授王健也告诉中国工业报记者,由于氢燃料电池的性能优势更加突出,环保优势也非常明显,欧洲和美国都把未来的发展寄希望于燃料电池汽 车,这是最近几年国外在新能源汽车技术上的明显变化。而中国则把希望寄托在使用锂电池等材料的电池上,忽视车辆系统的革命性变化,轮毂电机直接驱动车辆行 驶,消除所有的齿轮传动环节和部件。

与纯电动汽车相比,燃料电池汽车由于没有传统内燃机相关装置,将节省数量可观的零部件,这一数字或许要以万计。燃料电池有更高的能量密度,氢气的能 量密度是车载锂离子电池的10倍,5公斤的氢储量支持就可以支撑400多公里的续航里程。而要达到同样的里程,锂离子电池的重量要达到半吨,很多电能被电 池的自重消耗了。

燃料电池汽车的充气速度也非常快,两三分钟即可充满能达到最大续航里程的氢气量。

资料显示,丰田有望今年年底推出的氢燃料电池汽车,一次补充氢燃料可行使700公里,而氢燃料每次补充所需的时间只要3分钟,和现在的汽油发动机汽 车一样。700公里的续航里程也让氢燃料电池的商业推广价值大大提高。而纯电动汽车的充电时间要半个小时到七八个小时不等,而且续驶里程只有 150~200公里。在同样需要建设充电站的情况下,氢燃料加气站的密度可以比电动汽车充电站低很多。 从成本上看,最近国外又研发出一些新的技术和催化替代材料,大大降低了氢燃料电池的成本。氢从制备、储存到使用的安全性都已基本解决,氢能够担负储能载体 的重任,制氢技术也已经多样化。不仅电力能制氢,日本已经研究出太阳能制氢供燃料电池车使用的技术方案,还有生物质能也都可以制氢,包括从污水处理厂的沼 气中通过提取热、电、氢的热电冷三联产法提供低价氢。再有,很多石化企业排放的废气中就有氢气,可从废气中再把氢气分离出来并进行提纯。

新能源车推广也要考虑性价比

除了丰田,通用汽车和本田汽车也宣布将联合开发下一代燃料电池技术,以便在2020年投放到市场。韩国现代汽车已经率先投产燃料电池车,福特、戴姆勒和雷诺—日产正合作开发燃料电池技术。

奔驰在2011年左右推出的一款燃料电池汽车,其动力系统的性能要优于传统的2.0L发动机,并且拥有良好的燃油经济性,燃料消耗相当于每百公里消 耗柴油3.3升。最大输出功率可达100千瓦,峰值扭矩可达290牛•米。最高时速可达170公里/小时,仅比自然吸气式奔驰B200低了26公里/小 时。而且,这款车的二氧化碳排放量为零,售价在5万美元左右。

中国也有不少汽车企业研发了燃料电池汽车,但在以纯电动为主导方向的情况下,大都没有下大力推广。

燃料电池汽车与纯电动车一样,都需要站点补充燃料或充电,而且价格不菲。业内专家告诉中国工业报记者,最近几年,很多专家都发表了支持新能源车技术 多样化的观点,建议不要把技术路线限定在纯电动汽车上,也希望企业都能够有一些创新。如果最终都要走入燃料电池车的方向,而且两者之间的技术差距仅有几年 时间,中国投巨资建设的充电站最后也要改成加氢站,可能会造成一种巨大的浪费。

 

 

 

 

燃料电池汽车才是真正的方向

14-05-15 11:20 来源:腾讯专稿 作者:方向
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近 期,从北京车展(微博)再到电动汽车百人会成立,电动汽车再度成为行业热点。但就中国具体的能源国情而言,以煤炭发电绝对主导的电力结构使得我国一般意义 上的电动汽车并不能真正成为减少排放、控制雾霾的“救世主”,而特殊的电动汽车如燃料电池汽车才可能是我们追求的终极目标。

方向:燃料电池汽车才是真正的方向

氢能源汽车示意图

据研究,在煤电情形下,电动汽车的碳排放并不比汽柴油燃料汽车少,甚至有时还要多于后者。当然,我们会看到电动汽车周围确实干净了很多,这也是事 实。但我们不要忘了火电厂那些异常敦实壮观的大烟囱,电动汽车所用的电就是在那个环境下生产的。所以,要说那个城市因为发展电动汽车而空气质量大为改观, 一个重要前提就是城市的电绝大部分是由外部输送进来的。

如北京市2013年全社会用电量为913亿度,这其中的577亿度却是来自域外,当然也就是排污也在域外发生了,北京如果自己承担自用电发电所带来 的污染,雾霾严重程度将不可想象。北京的汽车如果全部换成电动汽车,排污将不是减少了三分之二,而是转移了三分之二。上海、重庆都是污染转移的受益者,因 为他们都有三分之一左右的电力来自域外。天津、浙江、江苏等地也都是用电量明显大于发电量。当然,进一步看一下这一省份的电力结构,是煤电为主,还是水电 为主,更有助于我们权衡电的应用给当地环境带来了什么。广东、浙江还因为发展了核电,如以此为动力,电动汽车对环境改善还是更能起到正面作用的。

方向:燃料电池汽车才是真正的方向

加氢站

与之相反,如果电动汽车大发展了,内蒙古、山西将不得不承担更多的污染之痛,陕西稍次之,即便现在有些煤炭富集、火电发达地区是地广人稀,但是环境 的恶化还是潜在的积累过程。对于发电量和用电量比例关系不同的省份,发展电动汽车的实际效果可能会大相径庭,发电量大于用电量的省份和城市,碳排放并没有 减少,所以实际意义不大。

新能源汽车的减排关键点在于能源利用的全周期是无污染或低污染的。正因为中国的电力结构仍然是煤电为主,所以依托于电力的混合动力汽车和电力汽车注 定还是有较高污染的。2013年,我国煤炭、石油等化石能源发电装机占总装机容量的比例接近70%,但其发电量却占到总发电量的比例接近80%,以煤电为 主的地位仍然没有较大改变。如果将这些电力转变为核电,排放就会大为降低。如果要是风能、太阳能、潮汐能,排放更会直线下降,甚至趋近于零排放。

但是目前风能、太阳能、潮汐能由于能源受自然条件影响较大相当不稳定,由其发电需要电网足够强大,不然忽高忽低的上网电就会对电网构成强烈的冲击甚 至致命的崩溃式影响,所以,这些电尤其是风电常常被称为“垃圾电”,即便发了电,电网公司也不愿接受其上网。而众所周知,电是较难储存的,蓄电的成本相当 高,而且蓄电容量极为有限,可以忽略不计。因此,把这些“垃圾电”也包括传统电网上的富余电量储存就是一个极为有意义的研究课题方向。

富余电力制氢并储能进而应用为汽车能源是一个极好的产业链方案。当前,氢从制备、储存到使用的安全性都已基本解决,氢能够担负储能载体的重任,特别 是富余电力制氢并储存转化成汽车能源不仅解决了汽车的能源,也为风电等垃圾电甚至富余电力找到了出路。据调查,因为没有足够的电网通道把电送出内蒙古,目 前蒙西电网约三分之一的火电机组被迫停机,超过42%的风电机组弃风,这样就有近700亿度的电窝在内蒙,如果铆足劲发电,风电和火电机组都满发,最多可 多生产900亿度电,基本上就够满足北京全年用电量。其实,不对外输出也可以,用来制氢并储存是使能源更为长存的利用,而电必须是现输现用,是一过性的。

可以说,制氢路线也是不一而足。不仅电力能制氢,日本已经研究太阳能制氢供燃料电池车使用的技术方案,还有生物质能也都可以制氢,包括从污水处理厂 的沼气中通过提取热、电、氢的热电冷三联产法提供低价氢。再有,很多石化企业排放的废气中就有氢气,当然从废气中再把氢气分离出来并进而提纯,仅上海的化 工企业就可以提供20万辆氢能汽车的燃料。

这样新能源汽车逻辑轨迹即发展路线图就初现轮廓了,将是沿着混合动力汽车(又有轻混到重混的进步)、电动汽车、氢能源燃料电池汽车这样一个路线。总的说来,就是通过技术进步量变达到技术突破的量变,最终实现技术的替代,选择一种最为环保的技术方案。

与纯电动汽车相比,燃料电池汽车由于没有传统内燃机相关装置,将节省数量可观的零部件,或许要以万计。

燃料电池由于有更高的能源密度,氢气的能源密度是车载锂离子电池10倍,5公斤的氢储量支持就可以支撑400多公里的续航里程,而如今最火的某知名 电动汽车品牌的电池组要有半吨重(还没等司机上车,车上就等于已经坐上了七八个人),续航里程也不过如此。电动汽车装电池是为了有走路的电,而背负这么重 的电池本身就要耗大量的电,这是图什么呢。

燃料电池汽车的充气速度也可谓神速,两三分钟即可充满能达到最大续航里程的氢气。同样是那一款知名的电动汽车,充电20分钟续航200公里,充电40分钟续航300多公里。要说等着不累,那绝对是扯着什么了。

燃料电池汽车可以说达到真正零排放,本田在电影院中免费赠送一种瓶装纯净水,竟是来源于其氢燃料电池汽车Honda FCX燃烧后排放出来的。虽然我不会喝,就像在新加坡的再生水厂,人们把下水道里的水净化后给我喝我不会喝一样,只是心理上接受不了,但不等于我不认同他 们的技术,也不怀疑他们对待消费者的用心。

燃料电池汽车离量产已经不远。在美国,通用已经有一批雪佛兰Equinox燃料电池车更是积累了483万公里行程数据,并节省汽油达400多吨。今 年北京车展,丰田、本田、现代、上汽等企业展示了多款燃料电池车型,部分车型已经相当成熟,整车成本呈自由落体式的加速下降,量产时间已经是指日可待。明 年也就是2015年,已经被燃料电池汽车领军企业视作氢燃料电池汽车的“市场化元年”。

配套条件建设也已经起步。据一个到2013年年底的数据,全球至少已经有208座加氢站投入使用,在建和列入计划待建的还有127座。另一个是美国 加利福尼亚州的数据,在2015年底之前就要设置68座加氢站,到2017年增加到100座以上。中国虽然相对较少,但在北京和上海也有了两座。

这一系列事实和数据不知您“造”吗?他们共同指向一个事实,燃料电池汽车已经离我们不远,而那时纯电动汽车却不一定真正成熟。

 

 

 

 

各方发力氢燃料电池汽车 市场化进程加快

14-05-13 08:22 来源:中国高新技术产业导报 作者:于大勇
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在今年北京国际车展上,丰田、本田、现代以及上汽等企业竞相展示最新研制的氢燃料电池车型,成为近80辆新能源展车中一道亮丽的风景线。

专家表示,相关汽车企业近年来持续投入,加大氢燃料电池汽车研发力度,使得整车成本显著下降,性能指标已接近商业化水平,作为新能源汽车重要组成部分的氢燃料电池汽车市场化进程正在加快。

氢燃料电池汽车加快市场化

大连新源动力股份有限公司总工程师侯中军表示,氢燃料电池汽车的发展已从技术突破推进到目前的“降成本”阶段。目前氢燃料电池生产技术已经成熟,2016-2020年将是氢燃料电池汽车的市场导入期。2020年以后,氢燃料电池汽车将完全商业化。

与传统汽车相比,氢燃料电池汽车具有零排放或近似零排放,减少机油泄露带来的水污染,减少温室气体的排放,提高燃油 经济性,提高发动机燃烧效率,运行平稳、无噪声等诸多优点。氢燃料电池汽车通过氢气和空气中的氧气发生化学反应产生的电带动发动机运转,从而驱动汽车行 驶。与电动汽车利用已储存的电量驱动汽车行驶不同,氢燃料电池汽车一边发电一边行驶,在行驶过程中仅排出水,不会产生污染空气的有害气体。此外,氢气的能 源密度是车载锂离子电池10倍,充一次氢气可以行驶更长距离,燃料电池的能量转换效率比内燃机要高2-3倍。

据专家介绍,氢燃料电池汽车不仅清洁,而且重量轻、加气快速。如一辆车蓄时里程400公里,仅需50千瓦的燃料电池堆,大约加5公斤的氢气。同时, 氢燃料电池还能解决纯电动汽车充电时间长的问题,如奔驰目前研发的氢燃料电池车型基于B级F-Cell,动力系统由戴姆勒、雷诺—日产和福特共同研发,采 用的碳纤维氢气罐3分钟内就可以加满气。

侯中军表示,近两年来,国际上氢燃料电池技术突破很快,主要体现在:一是寿命问题已经解决,主流水平都可以免维护运行5000小时,UTC、丰田可 达1 万小时,相当于汽车终生免维护。二是低温性能得到解决,某品牌氢燃料电池汽车在北极测试已经没有问题。三是材料体系获得突破,如催化剂用量大幅减少,极板 已经从第一代碳板发展到第二代超薄超轻不锈钢板,储氢装置安全、加氢高压枪、氢气纯度问题已经解决。

“氢燃料电池汽车已具备一定的商业化条件,即燃料电池堆和氢气罐两个关键总成部件已有产业化基础。”中国汽车工业协会副秘书长许艳华认为。氢燃料电 池汽车市场的真正启动必须要同时具备3个条件:车辆成本大大降低; 市场因素(如高油价等)或政府政策为零排放车辆提供明显优惠;加氢网络建设足以满足燃料电池车辆日常的使用需求。

跨国车企布局

近年来,丰田与宝马、戴姆勒与福特及日产雷诺、本田与通用纷纷组成联盟,加快新一代氢燃料电池汽车研发。许艳华认为,这些跨国汽车企业建立氢燃料电池汽车发展联盟无外乎有两点考虑,一是技术上的互补和大幅降低各自开发成本,二是共享关键部件的供应商资源。

与此同时,德国、美国、日本等国家都在实施氢能产业化未来规划,重点发展氢燃料电池汽车和公路加氢站。在各国政府的扶持和产业的推动下,宝马、通用、丰田等全球主要汽车企业都已提前做好技术储备。

在今年北京国际车展上,丰田展出了一款FCV概念车——搭载氢燃料电池的纯电动车型。丰田计划2015年在日本、美国和欧洲市场上市一款新的燃料电池汽车,并希望该车型的年销量到2020年可以超过1万辆。

而本田正在开发的一款氢燃料电池汽车预计2015年上市,该车充满一次氢气可以行驶约310英里(约500公里),是目前纯电动汽车行驶里程的两 倍,本 田给其设定的销售目标为5年内售出5000辆,销售目标市场主要在日本、美国和欧洲;梅赛德斯—奔驰汽车计划在2017年推出一款全新氢燃料电池车;现代 也正在打造全新ix35氢燃料电池汽车,该车预计2014年量产上市。

业内认为,氢燃料电池是非常好的现代汽车能源解决方案。目前,在德国、美国、日本等汽车产业发达的国家,氢燃料电池汽车已经开始布局。

国内企业应奋起直追

国家863“节能与新能源汽车”重大项目监理咨询专家组组长王秉刚表 示,氢燃料电池设计寿命要达到5000小时才能达到产业化目标要求,国内相关企业氢燃料电池的稳定寿命还在2000小时左右,而国际先进技术已经可以达到 8000小时左右。此外,氢燃料电池汽车成本过高是全球汽车企业需要共同面对的问题,我国在这一领域也被拉开较大差距。

许艳华认为,目 前国内氢燃料电池汽车发展与日本、美国、欧洲还有相当的差距。就产品准备阶段而言,国内基本处于样品开发阶段,工程化开发还处于起步阶段;就续驶里程、耗 氢量、低温性、寿命等关键技术指标看,与国际领先企业至少有30%差距;氢燃料电池电堆、储氢罐产业化条件基本不具备,而且国家层面目前没有加氢站建设规 划;从汽车企业开展研发情况看,上汽有约300人的研发团队,近几年每年约1亿元的开发投入,并已形成一定的电堆、氢燃料电池系统开发能力。还有企业以少 量投入开展一些基础技术研究,但大部分企业并未进行氢燃料电池汽车的研究开发。

据了解,早在2000年左右科技部就 开始对国内氢燃料电池汽车基础技术的研发给予支持,北京奥运会期间已有少量示范运行车辆投入使用。2012年,同济大学、清华大学、中科院大连物理化学研 究所、上汽、一汽等发起成立了中国燃料电池汽车技术创新战略联盟,旨在集中燃料电池汽车研发和生产的优势力量,早日攻克相关核心及瓶颈技术,加快我国燃料 电池汽车产业化进程。而在《节能与新能源汽车产业发展规划(2012-2020年)》中也明确提出,“燃料电池汽车、车用氢能源产业与国际同步发展”。

有迹象表明,国内相关企业正在加快氢燃料电池汽车的研发和推广步伐。

今年3月底,上汽与德国大众签署联合声明,双方将开展氢燃料电池技术合作,并联合上海大众汽车加快插电式混合动力汽车的产业化步伐。

在今年北京国际车展上,上汽发布了荣威950插电式氢燃料电池轿车。该车搭载有两个700bar氢气瓶,其氢气储量可达4.34公斤,最大续航里程为400公里。通过优化车辆启动系统,即使在零下20℃的环境中,该车依旧可以正常启动与行驶。

许艳华表示,从国内氢燃料电池汽车发展现状看,需要奋起直追才有可能保持与国际先进水平同步发展。对此,许艳华建议,国内有基础、有条件的企业要把 氢燃 料电池汽车作为长期战略,要加大投入,要有专业团队,加快工程化开发进程;加强企业、院校、研究机构间合作,特别是国际合作,积极参与相关国际标准的制 定;政府相关部门应积极推动氢燃料电池汽车产业化发展,包括对电堆、氢气罐等关键总成部件产业化支持,同时对加氢站的建设要有系统和长期的考虑,有计划、 有步骤地在公共交通领域、特大型城市(如北上广等)开展示范运行,积极引导氢燃料电池汽车的发展。

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