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排放物只有水的“终极清洁汽车”来了 拐点或在2025年?
作者:品象养车   分类:汽车   发布时间:2019年12月2日 评论(0)   浏览(4983)  

充能3分钟续航750公里,排放物只有水!“终极清洁汽车”来了!拐点或在2025年?

导读:2019广州车展已经于11月22日正式拉开帷幕。作为华南地区规模最大的车展,此届广州车展迎来了多款重磅车型的亮相或上市。其中引人注目的是本田氢燃料电池汽车Clarity,以及其搭载的电池堆及动力总成系统。

2019广州车展已经于11月22日正式拉开帷幕。作为华南地区规模最大的车展,此届广州车展迎来了多款重磅车型的亮相或上市。

其中,本田在今年的广州车展上展示了对未来出行畅想,包括多元电动化技术以及智能网联技术在各种产品上的升级应用。不过,最引人注目的还是本田氢燃料电池汽车Clarity,以及其搭载的电池堆及动力总成系统。

什么是氢燃料电池?

简而言之就是把氢作为燃料,与空气中的氧气反应后形成电能,从而驱动车辆行驶。与汽油、柴油等能源相比,氢可以制取,不会面临能源枯竭的难题,而且排放物只有水,在车辆使用过程中不会对空气造成污染,因此,氢被视为“终极能源”,氢燃料电池汽车也被誉为“终极清洁汽车”。

近年来,全球环境问题日益严峻,很多国家都在积极引导车企研发更节能、更环保的车型,新能源汽车的队伍中,除了氢燃料电池汽车,还有已经渐成规模的纯电动汽车。在中国市场,纯电汽车大放异彩,无论是技术水平还是市场规模都取得了高速增长,现在,大众、戴姆勒等车企也纷纷加大了纯电领域的投入。

不过,目前来看,纯电车仍然解决不了续航里程和充电便利性的问题,与动辄需要充电几个小时的纯电动车相比,本田的Clarity只需加氢3分钟就能续航750公里。从使用体验上看,氢燃料电池汽车与现在的燃油车并无二致。

需要指出的是,氢燃料电池作为前瞻性的汽车能源解决方案,当然也面临一些挑战。

汽车能源的终极解决方案

凭借零污染、可再生等优势,氢燃料电池技术被誉为车用能源的“终极形式”。氢燃料电池汽车最显著的特征是,与传统燃油车相比,具有节能减排的新能源汽车属性,与纯电动车相比,加注快、续航足,有接近燃油车的使用体验。

氢在反应过程中,不仅没有氮氧化物等有毒气体排除,也不生成二氧化碳。整体而言,氢燃料电池车是目前汽车能源的一种终极解决方案。

另一方面,相对于汽油、柴油,氢气最大的优势是可再生。除了通过工业副产品制氢之外,氢还能通过煤、天然气、谷电电解水等原料和方式制取,这对于中国、日本等石油对外依赖很强的市场而言,吸引力巨大。

实际上,日本等国家早在上个世纪就开始了燃料电池的研发,不过多年以来一直没有取得实质性进展。最近几年中,锂电池技术发展突飞猛进,逐渐成为新能源汽车的代表。

不过,以锂电池作为核心部件的纯电车,在续航里程和充电效率方面已经很难再有突破。目前,能量密度最高的811三元锂电池仍大规模量产仍有挑战,而随着能量密度提升,电池的安全性和寿命也面临大打折扣的风险。

从能源属性看,氢的能量密度天然具有优势。

有数据显示,氢气1个标准大气压密度为0.0899g/L,热值为143MJ/Kg,也就是大约1千克氢气完全释放能量将形成39度电,转换效率最高60%。与之相比,汽油的热值为44MJ/Kg,而一块单体能量密度为300Wh/kg的三元锂电池,热值仅仅为1.08MJ/Kg。

在加注层面,加氢与加油类似,一次只需要三五分钟,就可以实现6、700公里的续航,而纯电车充电动辄几个小时,即便是特斯拉今年上半年发布的最新快充方案,15分钟也就是能够续航300公里。

不过,氢燃料电池汽车目前正面临着更大的商业化难题,对于很多车企而言,研发未来的新能源技术,也并不绝对要押注在某一条路径上。

本田就认为,电动化技术是环境课题的解决方案,作为同样是碳排放为零的交通工具,氢燃料电池汽车和纯电动汽车在不同场景下具备各自的优势,比如在短途城市通行中,纯电动汽车可以发挥作用,但在长距离运输中,氢燃料电池汽车就更为擅长。

商业化探索

氢在汽车领域的利用,目前走在世界前列的是日本。

由于能源极度匮乏,日本早在上世纪80年代就启动了燃料电池的开发,借以实现真正的能源安全和能源独立。随后90年代,燃料电池的研究就蔓延到了汽车领域。

1992年,丰田汽车开始研发氢燃料电池汽车,经过二十余年的技术积累,2013年在东京车展展示了燃料电池概念车,并在次年年底正式推出首款量产车Mirai。

相对而言,本田起步较晚,但目前在燃料电池车领域的技术实力并不亚于丰田。本田从1996年开始研发燃料电池汽车,并陆续推出了多款车型,且每一代都有明显进步。此次在广州车展展出的氢燃料电池车Clarity正是本田在2016年上市的车型,在续航里程、电池堆轻量化等方面已经赶超丰田

Clarity是本田研发的一款氢燃料电池轿车,最早于2008年推出,并在日本和美国提供了租赁出售服务。最新Clarity燃料电池车的亮点在于,续航里程长达750公里,并且将燃料电池动力总成集成到了发动机舱内,从而扩展了乘坐空间,以往的四人乘坐提升至五人乘坐。

将燃料电池动力总成搭载到发动机舱内是全球首创的技术。实际上,燃料电池堆的小型化一直是本田氢燃料电池研发的重点方向。

2005年,本田在电池堆上采用高强度金属隔板,来实现小型轻量化;2009年,通过改良金属隔板,并通过WAVE流路的设计以及冷却层的削减,进一步实现小型轻量化;到2016年第三代电池堆,本田更是将单位电芯的发电性能提升了1.5倍,从而使电池堆体积再次缩小了33%。

据本田燃料电池动力总成开发助理负责人安藤章二介绍,全新Clarity已经在日本、美国小批量售卖,由于动力总成的大小与六缸发动机大小相差无几,这套系统将更具有大批量生产的可能。

值得一提的是,全新Clarity在安全性能上也有很好的兼顾。一方面是确保不泄漏,车架大量使用了高强度钢材,且储存氢的零部件有专门的外壳保护,可以在各种环境压力下保护氢气罐;另一方面,车内还多处设有氢气泄露的监测装置,万一真的出现泄露,也有专门设计的风道来让氢气安全排出。

拐点或在2025年?

除了日本之外,韩国、美国等国家也在积极探索氢燃料电池汽车的研发和应用。不过,大规模推广氢燃料电池汽车,还受制于成本、基础设施建设等条件。

安藤章二坦言,目前氢燃料电池汽车的数量整体偏少,所以尚不能通过大规模量产的方式降低成本。从研发人员的角度,他认为,至少要到2025年,氢燃料电池汽车的成本才能能降到和传统燃油车相同。

本田技研科技(中国)有限公司R&D中心动力总成开发部部长多多良裕介也介绍,与纯电动汽车相比,氢燃料电池汽车所搭载的零部件更多,整体制造成本更高,而在配套设施方面,加氢站等基础设施建设的建造成本相对充电站也高很多。

不过他表示,由于目前中国氢能源基础设施还不够完善,要将氢燃料电池技术搭载在乘用车上应用,可能还需要一段时间。但他也指出,对于在一定区域内运行的商用车而言,中国已经具备足够的条件来应用氢能源,因此本田也在这方面有所关注。

日本政府在氢燃料电池汽车的推广上设立了战略路线图,在基础设施建设方面也给予了支持。数据显示,2017年日本已经建成91座加氢站,还有9座正在建设之中,而一个加氢站的建设成本约为3.6亿日元(约2300万元人民币),运营成本4000万日元(约250万人民币)。

为了降低成本,本田在构造、功能、制造等领域的设计上进行了一系列研发,例如简化构造整合功能、提高生产性、削减使用贵金属等等。安藤章二介绍,实际上更小型、更高性能的电池堆便是节约成本的体现之一,在保证性能的同时,减少内部部件使用并高效地利用所用的材料。

另一方面是与合作伙伴共同开发,并共同推动氢燃料电池的普及。2017年,本田与通用汽车在美国合资成立了公司生产燃料电池系统。从世界范围看,当前氢燃料电池研发领域也呈现出明显的“联盟化”趋势,除了本田和通用,丰田宝马,日产、戴姆勒和福特也都建立了联盟。

联盟化有望通过量产化进一步降低成本,还能为基础设施建设和标准导入进行合作,随着电池堆及动力总成等技术的进一步突破,氢燃料电池汽车迎来加速发展。

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