电动车和燃料电池车谁更有前途?揭秘日企研发燃料电池车的原因

闻岩

在2015年10月-11月举办的第44届东京国际车展上,燃料电池车(以下简称为“FCV”)成为一大亮点。不仅最早上市的丰田公司的MIRAI推出了后继型号“FCV PLUS”、日本三大汽车厂家的本田也推出了该公司最初的上市产品“CLARITY”(预定于2016年3月开始销售)、梅赛德斯-奔驰推出欧洲厂家最初的FCV概念车“Vision Tokyo”。一时间,FCV呈现出百花齐放的态势,大有占领未来的汽车市场的势头。

大家知道,在目前新能源汽车中,各种混合动力车及插电式混合动力车正处于黄金时代,无论是市场认知程度,还是节能效果都备受赞誉。但是,从新能源汽车具有停止使用传统化石燃料的天然属性这一点看,无论是混合动力车还是插混车,由于仍旧部分使用化石燃料,因而都是不彻底的,只能是在当前一段长时间内承先启后的存在。而真正具备了不使用化石燃料可能性的,只有电动车(以下简称为“EV”)和FCV这两种。

那么,EV和FCV孰优孰劣,哪一种更具有发展的可能性?是否存在着其中一种车型取代另一种车型的可能性?

本文就此作一探讨。

作为两种投放市场不太长时间的新型环保车辆(EV以三菱的MiEV于2009年投放市场计算,至今为6年;FCV以丰田的MIRAI于2014年12月投放市场计算,至今为1年),评价其优劣性,至少需要从以下几点进行考虑:

一、社会普及的难度;

二、大量生产的难度;

三、关键零部件的制造难度;

四、社会基础设施的建设难度;

五、能量充填的难度;

六、环保程度。

另外,因为本田公司生产的FCV的具体资料并没有公布,所以,本文中所讨论的FCV的状况,均以丰田公司生产的FCV“MIRAI”为准。

电动车和燃料电池车谁更有前途?揭秘日企为啥要研发燃料电池车

图1 典型的电动车:日产聆风(Leaf)

照片来源:Carcast网站

电动车和燃料电池车谁更有前途?揭秘日企为啥要研发燃料电池车

图2 唯一的燃料电池车,丰田MIRAI

照片来源:autoblog网站

一、社会普及的难度

某种技术在其他替代技术的环伺中脱颖而出,不仅取决于该技术的先进性,还取决于是否能够获得较多的厂商利用这种技术进行生产、扩展性研发。因为技术只有在进入市场后仍能不断地进行扩展性研发,才能不断地获得新的生命力。也只有这样,才能获得更多的消费者,使该技术能够占领市场并延续下去。

这一点,当年家用录像机市场上,VHS和Betamax的规格之争、近年智能手机操作系统中,Android OS对Windows Phone之争,莫不暗示着这一道理。

另一方面,即使某种技术“先进”、技术含量高,充其量也只能是阳春白雪。如果不能获得大量厂家的支持,或拥有满足社会需要的产能,就无法摊薄研发成本。而价格居高不下的话,也只能导致消费者的敬远,最后导致该技术的消亡。

将EV和FCV相比较,也会发现这个问题。

EV的优势是结构简单,研发成本低,在改进传统汽车的驱动系统等之后,就有可能取得成绩,因此新兴厂家入行容易。现在世界范围内,不仅传统的汽车厂商,新兴厂商也纷纷进入EV研发领域,很多新兴厂商已经取得辽不凡的成绩。如美国的特斯拉,中国的比亚迪,都是属于非传统汽车行业的厂商。仅在中国国内,据《百度知道》介绍,这样的厂商数量很多,品牌也有几十个。

FCV是近几年新发展起来的新能源汽车。其特点是从能量发生原理到燃料储存方式等,都是需要新研发的技术,因此技术起点高,开发周期长,成本高,新兴厂家的进入很难。在世界范围内,目前进入实际销售阶段的,只有日本的丰田公司生产的MIRAI一种车型。其他的日本厂家中,本田公司预定于2016年3月开始面向政府机关销售(以收集数据为目的,面向个人的销售预定于2017年);日产公司正处于研发阶段。欧洲的厂家中,梅赛德斯-奔驰公司仅推出了概念车。而拥有Big three的汽车大国——美国,没见到其厂家推出FCV的报道。

从以上的介绍看,在市场规模的形成能力上(即社会普及的难度),FCV是无法和EV相比的。

二、大量生产的难度

2015年2月24日,丰田公司对媒体公开了其FCV——MIRAI的组装现场。

一般提到车辆的组装现场,人们都会在眼前浮现出这样的光景:在不停地向前运动的传送带上,现场的工人使用各种工具在迅速地将各种零部件组装到车体上。在整个组装作业中,每个人只进行组装作业中的一小部分,作业本身是一种简单的重复性操作。

100多年前,福特汽车公司导入流水线作业方式,将整个的汽车制造工程分为许多细小的部分,每个工人仅从事其中一个部分的加工。这种做法简化了当时需要专业技能和能力的汽车制造工程,从而摆脱了工业生产对专业工匠的依赖,使大量生产和降低成本成为了可能。从那时开始,整个汽车行业都是以这种方式进行生产。虽然出现了丰田发明的“看板方式”这种在同一条流水线上同时制造不同型号汽车的组装方式,但本质上整个汽车工业仍然在福特公司开辟的道路上前进。丰田公司的流水生产线,曾经创造过50秒一台车下线的速度。

可是,当人们进入MIRAI的组装现场,却吃惊地发现,MIRAI的组装完全没有使用流水线式作业!在现场,由13名工人,通过手动操作来组装FCV!平均每名工人所需安装零部件的数量,约为在普通组装流水线上工作的工人的40倍!

也许正是由于这个原因,丰田的FCV2015年的产量预定为700台,2016年2,000台,2017年扩大到3,000台。2015年每天生产FCV3台左右!

和FCV“磨洋工”式的量产速度相对应的,是EV的生产和销售状况。

据日本民间研究机构株式会社富士经济的发表的市场调查报告:纯电动轿车的世界销售台数2014年为19万台;而到2035年,这个数字将增长到435万台,20年间增加24倍以上。而株式会社海野世界战略研究所的《世界战略报告》中则预测:2020年,中国企业生产的纯EV数量将达到2,000万台!

从目前丰田的生产体制上看,FCV的产能是无论如何无法与EV相提并论的。

三、关键零部件的制造难度

FCV在生产方面的另一个问题,是关键零部件的供给难度。

EV的零部件供应,基本上是既存工业产品生产的延伸;而FCV的零部件生产,则完全需要在全新的领域进行研发。

燃料电池的核心装置——燃料电池堆,是由数百枚高分子电解膜叠加而成,在制造上要求非常高。虽然燃料电池堆制造的具体信息并没有公布,但从目前MIRAI那极低的生产台数上看,或者零部件的加工工艺性太差,或者丰田公司现在还没有解决量产加工工艺问题。

另外,能够承受700个大气压的高压氢气储罐,其制造工艺也非常复杂。

氢气因为体积很小,因此在高压下氢气分子会渗入到金属的晶体之间,使金属变脆。所以,FCV的氢气储罐必须使用高分子树脂材料。

从丰田公司所公开的资料来看,氢气储罐使用多层树脂制造:在内层,使用高分子致密性材料阻止氢气泄露;在外层,使用高强度碳纤维及纳米尼龙材料保持强度。当然,罐体材料还要具有保温性能,同时还要保持低温环境下(罐内的氢气温度为-40摄氏度)的强度。

在使用吹塑成型的内层外侧,一层层地缠绕用碳纤维加固的高分子材料扁片。缠绕方式分沿圆周方向、轴向和螺旋方向三种,反复缠绕直符合要求为止。因随着储罐内氢气的放出,罐内压力下降导致储罐缩小,故外层材料除要求有足够的强度之外,还要具备一定的伸缩性能。

在极端的使用状况下,氢气储罐要承受接近常压~700大气压的反复变化,罐体材料容易产生疲劳。所以日本规定罐体材料必须具备能够承受22,000次压力变化的耐久性。

电动车和燃料电池车谁更有前途?揭秘日企为啥要研发燃料电池车

图3 氢气储罐外层缠绕的高强度纤维

照片来源:Carbon Tras网站

需要这样复杂的制造工艺,FCV的制造成本恐怕会一直居高不下。

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