燃料电池还是纯电动 新能源技术大战在即

腾讯汽车 黄嘉刚

关于新能源车的发展方向,从理论上来讲,燃料电池无疑是眼下我们能够看到的几种技术中最具技术发展前景的。因为不仅仅是汽车,燃料电池这种全新的能源转换方式还在发电领域有所建树。但是,从最近几大汽车主流消费国的新能源车发展上来看,似乎除了日本之外,插电式混合动力和纯电动车开始呈现出要在未来主导新能源市场的趋势。从上世纪开始,汽车产业就已经不再是某个国家就可以独立发展的产业,全球化标准的制定将在很大程度上成为主导汽车产业发展的动向。特别是对于新能源汽车而言,全球性的基础设施建设标准将成为主导未来新能源产业发展的最大变数。

在内燃机时代,加油接口都是统一标准,所以无论各个派系质检的动力系统如何变化,终归都是要回归到加油口这个地方来的。但是在新能源时代,传统的加油接口将被新的能源补充方式所取代。眼下正是新能源动力技术变革的初期,在统一的标准制定前各种新能源动力技术呈现出百花齐放的态势。仅从大的分类来看目前就存在着插电式混合动力、纯电动、燃料电池这么几种,如果再细化到单一电动技术中,也同样存在着充电接口的不同,充电电压的不同,充电形式的不同。百花齐放的年代往往就是竞争最为激烈的年代,未来的新能源动力技术将使用何种形式的接口作为标准就是这一场竞赛中唯一的裁判。换句话说,眼下的新能源市场争夺实际上就是接口标准制定权的争夺。

从现在新能源动力技术的发展方向来看,目前国际上存在着两个截然不同的阵营,一是以中国和欧洲为代表的电动车阵营,中国和德国政府甚至还就电动车充电接口的标准问题达成了统一,这可以看作是双方政府对于新能源发展方向的一次肯定。在产品方面,搅局者特斯拉的出现让新能源动力成为了时尚的潮流。另一个阵营则是以日本和韩国为代表的燃料电池阵营,日本国内在完成了混合动力的普及之后,将未来新能源车发展的道路锁定在了更具有先进性的燃料电池领域,目前丰田旗下的首款燃料电池车Mirai已经正式发布,成为目前市场上首款大批量投产的燃料电池车型。韩国则以现代汽车为代表投放了燃料电池版的ix35进入市场。

关于燃料电池的工作原理,笔者已经多次撰文进行了解释,所以在这里就简单的啰嗦两句。燃料电池的原理其实很简单,就是氢燃料在燃料电池的阳极板,也就是负极,经过催化层的作用,将氢原子的一个电子分离出来。然后失去电子的氢离子通过质子交换膜到达燃料电池的阴极板,也就是正极。游离后的电子不能并通过质子交换膜,所以就只能经过外部的通路到达阴极板与氢离子重新结合,在电子的运动过程中自然就在外电路产生电流。而这个电流经过逆变器以及控制器等装置之后,就能够到达电动机驱动其运动产生动能。到达阴极板之后的电子又与在那里的氢离子和氧原子重新结合为水。从这个简单的原理中我们不难看到,要驱动燃料电池车运行,我们只需要补充氢能源就好。

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燃料电池车结构图

电动动力的原理则相对简单,以高能量密度的电池组作为动力源向电动机提供动力,电池组通过外接的充电方式进行能源补给。不同的电动车根据技术方向的不同采用的电池组结构形式也不同,不过充电的大致原理都大同小异。在外接电源的作用下阴极的原子电离成离子和电子,离子向阳极运动与电子重新结合成原子,放电正好与之相反。所以电动车要运行,需要通过外接电源进行充电。

所以,从实用的角度来看,制约电动车发展的最大问题就在于充电时间上。电动车重新补充能量的过程是一次将电能转化为化学能储蓄的过程需要耗费大量的时间,但是对于燃料电池车而言,重新获得能量的过程则是一次氢燃料加注的过程。前者补充一次可能需要数小时,但是后者仅需几分钟。从使用线性来看,燃料电池车型也更加趋向于传统内燃机车的表现,并不会像电动车那样出现电能上下波动和电量衰退的情况。更何况,燃料电池系统的能源转换不涉及燃烧,所以拥有更高的能量转换效率,每一辆燃料电池车都可以当做是一个小型的燃料电池发电站。从技术的角度来看,燃料电池车比纯电动车更具有推广价值。但是,左右新能源发展的并不仅仅是技术,市场才是关键力量,而市场从来都只认可拥有广泛群众基础的方案。由于能源补充接口的孑然不同,这一次新能源动力发展方向之间的博弈最终的结果将会导致失败的一方彻底沉沦。所以,燃料电池车和电动车都开始了技术运用版图的争夺,这最简单的办法就是开放专利。

去年六月份,特斯拉正式宣布将开放其包括电池管理系统以及超级充电站技术在内的所有技术专利技术。以此来刺激电动车行业的发展。继特斯拉宣布放开全部专利之后,在2015年的拉斯维加斯消费电子展开展的前夕,丰田汽车也正式宣布将会开放氢燃料电池技术专利的使用权,未来全球范围内的汽车制造商和零部件供应商将可免费使用丰田的氢燃料电池技术专利。此次丰田开放的燃料电池技术专利共计5680项,其中涉及Mirai燃料电池车的专利也高达1970项。此外,丰田还将实施一个实质性的金融支持计划,包括投资建设氢燃料供应的基础设施建设以及燃料电池技术在商用车领域的推广。

新能源技术取代传统内燃机技术是历史发展的必然,但是新能源技术最终将朝着哪一种方向去发展我们还不得而知。在这个交叉路口,选择哪一条道路作为新能源汽车的发展方向都意味着巨大的基础设施建设,一旦开弓就再无回头路。所以,燃料电池车和电动车之间的市场争夺在未来只会越来越激烈。

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