氫燃料電池和鋰電池并非水火不容

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雖然現今氫燃料電池真實市場極低,僅日本、韓國、歐洲等為代表的少數國家和汽車廠商對它青睞有加,但在與鋰電池之爭中它卻存在感十足。這是因為相比鋰電池,氫燃料電池有著補給時間短、“零污染”、續航里程高等決定性優點。

一個是肆無忌憚的享受著如天空般廣闊的電動汽車市場的弄潮兒,一個是隱于市不輕易示人的絕世高手,江湖上這么定義它們。

鋰電池不完美,燃料電池不接地氣

在市場角逐中,鋰電池當然會勝,畢竟后者有著扎扎實實的百年發展歷史,市場成熟度要比氫燃料電池高得多。就拿基礎設施修建成本來說,鋰電池充電站的成本要比燃料電池低得多。比如一座特斯拉超級充電站的修建成本大約為30萬美元,而一座加氫站的成本卻高達100~200萬美元。

雖然近些年來高成本的燃料電池汽車已經開始有了大幅度的下降,甚至已有豐田Mirai(氫燃料電池車)這樣售價僅為26萬元(起)的產品出現,但整體來說還是價格過高。鋰電池汽車就不一樣了,相比前者它的價格簡直不能再感人,某些國產車型不說,單是溢價加身的特斯拉都能下探到3.5萬美元區間(Model 3)。

按理說,到這里氫燃料電池和鋰電池的斗爭應該告一段落了,但人類的里程焦慮癥卻幫了氫燃料電池一把。比如現代推出的新一代氫燃料電池汽車FCEV,一次充電里程可高達580公里,要知道強如特斯拉Model S 100D(增程版本,全球最長續航的量產電動汽車),其續航里程也不過539公里,更不用談大多數車型還在300公里的瓶頸上掙扎了。

有如此高續航里程的表現并不是他們用了什么神奇藥水,事實上這是其一貫風格,比如本田Clarity的續航里程為589公里、豐田Mirai的續航里程為483公里。都不是省油的燈。

很明顯,鋰電池不完美,燃料電池不接地氣。而在不完美和接地氣的選擇上,多數國家和汽車廠家并沒有猶豫太久就投入了鋰電池的懷抱,也難怪鋰電池被推倒了風口浪尖。

但這并不代表全部,因為燃料電池和鋰電池并不是天生應該站在天平兩端的競爭者,畢竟就原理上說,氫燃料電池屬于能量轉化裝置,鋰電池屬于儲電裝置,更何況混合動力汽車都已經大行其道了,汽油機和電機都能友好共處,為什么氫燃料電池和鋰電池就不能了?

再說了,優勢互補下氫-電混合能通過鋰電池解決電動汽車的電控問題,還能通過氫電池解決電動汽車的續航問題,何樂而不為。

這并不是空穴來風,在第67屆法蘭克福國際車展開幕前夕,奔馳公司放出了一枚重磅“炸彈”,宣布推出首款插電式氫燃料電池混合動力車GLC F-CELL。

該車以氫燃料電池和鋰電池共同作為能量來源,載有4.4公斤氫燃料,最大續航里程可達437公里,配合使用9kWh鋰電池還可續加近50公里程。在奔馳眼里這是“通往零排放駕駛道路上的里程碑。”

當然這并不是“尬混”,奔馳巧妙的設計了三種電池模式:混動模式、燃料電池模式和電池模式。在混動模式下,汽車從氫燃料電池和鋰電池獲得動力,能量提供方式由電腦調配。當駕駛人想要預留鋰電池電量以備特定駕駛需要時,可僅使用氫燃料電池提供能源。相應的,在電池模式下,燃料電池系統停止工作,車輛完全由高壓電池提供能源。

為了緩解充電/能源補給焦慮,該車兩個碳纖維儲氣罐加氫時間在3分鐘內,并采用了插電方式,充滿電用時約1.5小時。

就乘用車領域奔馳并不孤單,比如今年日內瓦車展上展出的正道汽車,使用了石墨烯基鋰電池作為主要動力源,并可選裝零排放的氫燃料電池系統增程器,和奔馳GLC F-CELL有著異曲同工之妙。

氫燃料電池混合動力車優點

在定性問題上,氫燃料電池混合動力系統歸于串聯式混合動力系統一類,我們可以把它簡單理解成是將內燃機和發電機換成燃料電池的一種技術。

雖然奔馳沒有詳細解釋他們的氫燃料電池混合動力車能量調配方式,但就一般來說這種組合帶來的優勢不僅僅是續航里程提高、多種能量可選這么簡單。

事實上這種組合還能帶來一些意想不到的好處,比如我們知道燃料電池存在動態響應速度慢的問題,當車輛的運行狀態在極短的時間內發生急劇變化(比如起步、急加速),動力系統往往無法滿足車輛所需的功率。另外,受冷啟動特性的影響,在低溫下啟動時,燃料電池存在啟動時系統效率低、啟動速度慢的問題。

面對這些亟待解決的問題,鋰電池就派上了用場。由鋰電池提供車輛啟動、加速、減速等非穩態下所需的大功率,而燃料電池則用來提供穩定工況下的輸出功率。

少讓燃料電池干自己不擅長的,還能大大提升氫燃料電池的使用效率以及使用壽命,鋰電池和氫燃料電池的組合一拍即合。

氫燃料電池混合動力并非奔馳獨創

嚴格來說,氫燃料電池混合動力并不是奔馳的獨創,比如國內外已經有不少客車也使用了燃料電池混合動力系統,只不過他們的動力電池選用的是蓄電池或超級電容(奔馳使用的是鋰電池作為動力電池)。

比如就在不久前由“十二五”國家科技支撐計劃支持的“燃料電池/超級電容混合動力100%低地板有軌電車研制”項目就取得了重大成果,研制了具有自主知識產權的世界首列氫燃料電池/超級電容有軌電車并投入商業運營。這款由中車唐山公司研制的有軌電車,最高時速70km/h,一次快速加氫僅需15分鐘,可持續行駛40公里。

而關于鋰電池和蓄電池、超級電容之間的斗爭則是另一段故事了,但就乘用車而言,鋰電池在這三者間是當今最佳的選擇。比如雖然馬斯克對超級電容給與了好評(超級電容充電速度快,10秒~10分鐘即可充滿),但身體卻很堅定地選擇了鋰電池(先后使用與松下聯合研發的18650、21700型鋰電池)。

小結

關于氫燃料電池還是鋰電池的爭論還會持續下去很長時間,畢竟就現今來說電池系統呈現的是百花齊放百家爭鳴的態勢,很難說哪一種產品將會主宰未來。我們今天聊到的氫燃料電池混合系統,作為及大家之所長的技術,它兼顧了鋰電池的快速積極和氫燃料電池的超高續航的優點。

雖然這項技術的量產化之路還遍布荊棘,但并非不可戰勝,至少奔馳和正道已經有了實際產品。退一步說,即便不和鋰電池搭伙,氫燃料電池混合動力系統還是有著極高的生命力。也許在未來,我們不會爭論選擇氫燃料電池還是鋰電池,而是這二者將會以怎么樣的方式進行合作。

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