「燃料电池」汽车与电动汽车对比·不具备发展潜力
- 内容概述:燃料电池·氢能汽车概念解析,氢能车辆的制造与使用成本的问题,以及动力电池类型变化对其产生的打击。
【氢能·燃料电池汽车】的本质是什么?认为氢燃料电池具备发展潜力,也许是还没有搞明白这种车辆的本质。其基础并不是以氢能作为动力源,而是液态氢作为发电的基础,将产生的电流输入到动力电池组进行「实时发电」;车辆的本质是电动汽车,只是增加了一组“燃料电池·增程器”而已,那么这种技术具备发展潜力吗?
增程汽车·普及率
在动力电池制造成本过高的阶段,使用内燃机发电、利用电机驱动的「增程混动技术」成为最佳过渡模式。在乘用车领域虽然很少看到这种车,少有的宝马i系列、别克沃蓝达、理想ONE会用这种技术,但是因为技术尚不够成熟而被边缘化。
然而在商用车型领域的普及率其实是非常高的,比如在各个城市街头奔驰的公共汽车;只要不是纯电动那就会是增程系统,与氢燃料增程电车不同的是采用了【柴电系统】,有什么优势呢?
内燃机的能量转化效率(热效率)普遍很低,标准大致如下。
- 汽油机35%
- 柴油机45%
这是综合冷启动热机阶段的真实水平,在都不怎样的前提下柴油机似乎还不错,最起码有接近一半的热能是可以有效利用的。
重点:内燃机是不是转速越低耗油量越低呢?柴油发动机的特点就是利用大扭矩低转速实现节油,所以这种说法是对的。然而用内燃机驱动车辆行驶,其转速总会在1000/4000rpm区间波动,平均值比较高所以油耗难以控制;但是用柴油机发电则可以按照中低转速标准“定速运转”,状态就像汽车定速巡航驾驶一样,转速基数小油耗必然会更低,然而低转速的发电量能满足电耗吗?
答案显然是没有问题的,因为主流的永磁同步电机是能量转化率高大95%左右;能量损耗低则等于输出扭矩大,那么以很低的转速也就能输出大马力,或者说以低转速让车辆正常驾驶。电动机也是转速越低耗电量越低,所以用这种机器驱动的汽车会很节能。
柴电系统低转速运行的发电量虽然不高,但面对高效率的电动机也可以满足消耗了。这就是内燃机增程系统的优势,耗油量可以下探½~⅓;不过实现的基础还是内燃机具备相对足够高的效率,否则也就没有意义了。
燃料电池·低效率
燃料电池的本质是组「化学发电器」,是利用氢与氧的化学反应产生电流。氧气可以从空气中无限获取,但是氢气真的是不可以的;制造氢气的传统方式是利用煤炭石油天然气,以这种方式制氢毫无疑问是不环保的,而且毫无意义。
原因:石油天然气可以直接在内燃机中驱动汽车行驶,同时也都可以与内燃机组合放弃变速箱,直接作为增程器使用。有什么理由再进行多一次的能量转化,产生很大的损耗去制造氢,然后再用氢去发电呢?很显然这是愚蠢的做法,所以这种方式已经被淘汰了。
【电解水制氢】是唯一的方式,然而燃料电池堆的能量转化效率太低,或者说转化的损耗非常非常大。
- 电解1kg氢需要耗电60kwh左右
- 1kg氢通过燃料电池只能转化约20kwh的电
也就是说氢能的平均“热效率”仅仅在33%左右,实际情况还要低一些。那么与其使用燃料电池转化制氢增程,似乎还不如直接用柴电系统增程;至于汽油发动机也已经有热效率40%左右的选项,哪种都比燃料电池的效率高。
燃料电池·双成本
制造燃料电池需要消耗一种非常贵重的金属:PT·铂。这种金属俗称为「白金」,似乎购买一枚不算大的铂戒指也需要几千元;然而制造一组小功率的燃料电池堆就要消耗几十克的PT,结果造成了电池堆的制造成本非常之高。
同时氢燃料汽车还有成本同样高的【锂电池·动力电池组】,以及电机电控系统和其他总成的成本。所以用这种系统的汽车即使综合品质(性能配置等)水平很低,但是价格却已经非常高,普通代步汽车也要40万左右起步,选择它是不是吃的有点太多了呢?
【用车成本】同样是这种车辆的硬伤,液态氢在用量极低,且几乎海外内100%的加氢站都在亏损的前提下;每公斤的价格也已经超过了60元,综合电动汽车的实际电耗而言,1kg/20kwh左右的水平都不见得能行驶100公里。
也就是说这种车每公里的开支还得要>0.6¥/1km,这与性能不错的燃油车已经相当了。可是电动汽车的使用成本却能低至0.05¥/1km左右,面对十倍的差值似乎还是没有理由让燃料电池汽车普及;如果综合液态氢三十余倍高于「三硝基·甲苯」的能量密度,怕是也没有多少人敢用这种车,一旦在碰撞中泄露并达到引燃条件,这就等于一瞬间跨过奈何桥。
LFP·二度走热
燃料电池存在的价值是给一些想要“走偏锋”的车企提供个研究项目,当然此类车企普遍是在电动汽车领域的失败者。所以氢燃料增程式汽车就是日系文化中的“非主流”,参考丰田本田的氢能汽车,其超级低迷的销量说明了设计层面的非主流还能被接受,但是技术的非主流就不行了。
(非主流是一种特立独行的诡异文化,但是诡异不代表真的傻的那么纯粹)
重点:增程式系统中API(氢燃料)效率不如柴电,所以大型车辆没有理由采用这一系统。而小微型汽车也基本没有使用增程器的必要性了,因为LFP磷酸铁锂电池再度成为热门,其中以比亚迪制造的「刀片型电池」最为突出。
这种电池采用了长条形片状封装,以叠片式的结构放置于电池组;这种设计可以大幅度提升体积能量密度,普通乘用车型的续航里程可以一步步的突破500/600/700甚至更高,而且真的不贵。
【LFP·磷酸铁锂】有什么贵重金属吗?似乎相比镍钴锰而言是真的没有,所以这种电池的制造成本很低。优秀选项可以低至500元以下,普通一些铁锂电池可以低至每度300元左右。
按照「100kwh-600/800公里」为标准,电芯的成本是不是也就是3/5万元呢?这只是一组燃料电池堆的成本而已。然而燃料电池汽车本就有动力电池组,直接把燃料电池的成本换成刀片电池的话,是不是续航里程能够达到800/1000km区间呢?
由此可见氢燃料汽车再也没有研究的价值以及技术提升空间,至于充电效率也是不用担心的。目前的行业标准为快充30分钟达到80%,如果选择NEDC续航六七百公里的汽车,连续驾驶四小时消耗的电量不用半小时就能补充好;而规定要求每连续驾驶四小时必须休息20分钟以上,还有什么焦虑呢?
关于氢燃料汽车就聊这些了,这种技术是100%会被淘汰的,没有任何悬念。
编辑:天和Auto
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首先,对于任何一个产业来说,高科技化的程度并不能衡量这个产业到底是否能推得开并达到理想的体量!尤其是在我国,这个特点体现得更多!
氢燃料车最大的痛点,不是在于技术问题,而是在于社会、民间资本等参与进入门槛问题!比如:土地报批问题、监管、安全规范、产业链配套商、汽车监测标准、安全标准等等,现阶段真个产业封闭性还是太强!
相比于纯电动汽车产业
充电站的投资及安全规范相对成熟,且社会、民间资本参与度门槛不高,在汽车方面,传统车企油转电投资成本不大,周期短,互联网车企创新力度大,科技智能融合度高,发展潜力更强!电池方面,目前有知名的电池厂商在研发,未来可期,有上升空间!
总结
氢燃料,好东西,来得慢,有局限
纯电动,很一般,来得快,无局限
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