氢燃料电池和锂电池并非水火不容

虽然现今氢燃料电池真实市场极低,仅日本、韩国、欧洲等为代表的少数国家和汽车厂商对它青睐有加,但在与锂电池之争中它却存在感十足。这是因为相比锂电池,氢燃料电池有着补给时间短、“零污染”、续航里程高等决定性优点。

一个是肆无忌惮的享受着如天空般广阔的电动汽车市场的弄潮儿,一个是隐于市不轻易示人的绝世高手,江湖上这么定义它们。

锂电池不完美,燃料电池不接地气

在市场角逐中,锂电池当然会胜,毕竟后者有着扎扎实实的百年发展历史,市场成熟度要比氢燃料电池高得多。就拿基础设施修建成本来说,锂电池充电站的成本要比燃料电池低得多。比如一座特斯拉超级充电站的修建成本大约为30万美元,而一座加氢站的成本却高达100~200万美元。

虽然近些年来高成本的燃料电池汽车已经开始有了大幅度的下降,甚至已有丰田Mirai(氢燃料电池车)这样售价仅为26万元(起)的产品出现,但整体来说还是价格过高。锂电池汽车就不一样了,相比前者它的价格简直不能再感人,某些国产车型不说,单是溢价加身的特斯拉都能下探到3.5万美元区间(Model 3)。

按理说,到这里氢燃料电池和锂电池的斗争应该告一段落了,但人类的里程焦虑症却帮了氢燃料电池一把。比如现代推出的新一代氢燃料电池汽车FCEV,一次充电里程可高达580公里,要知道强如特斯拉Model S 100D(增程版本,全球最长续航的量产电动汽车),其续航里程也不过539公里,更不用谈大多数车型还在300公里的瓶颈上挣扎了。

有如此高续航里程的表现并不是他们用了什么神奇药水,事实上这是其一贯风格,比如本田Clarity的续航里程为589公里、丰田Mirai的续航里程为483公里。都不是省油的灯。

很明显,锂电池不完美,燃料电池不接地气。而在不完美和接地气的选择上,多数国家和汽车厂家并没有犹豫太久就投入了锂电池的怀抱,也难怪锂电池被推倒了风口浪尖。

但这并不代表全部,因为燃料电池和锂电池并不是天生应该站在天平两端的竞争者,毕竟就原理上说,氢燃料电池属于能量转化装置,锂电池属于储电装置,更何况混合动力汽车都已经大行其道了,汽油机和电机都能友好共处,为什么氢燃料电池和锂电池就不能了?

再说了,优势互补下氢-电混合能通过锂电池解决电动汽车的电控问题,还能通过氢电池解决电动汽车的续航问题,何乐而不为。

这并不是空穴来风,在第67届法兰克福国际车展开幕前夕,奔驰公司放出了一枚重磅“炸弹”,宣布推出首款插电式氢燃料电池混合动力车GLC F-CELL。

该车以氢燃料电池和锂电池共同作为能量来源,载有4.4公斤氢燃料,最大续航里程可达437公里,配合使用9kWh锂电池还可续加近50公里程。在奔驰眼里这是“通往零排放驾驶道路上的里程碑。”

当然这并不是“尬混”,奔驰巧妙的设计了三种电池模式:混动模式、燃料电池模式和电池模式。在混动模式下,汽车从氢燃料电池和锂电池获得动力,能量提供方式由电脑调配。当驾驶人想要预留锂电池电量以备特定驾驶需要时,可仅使用氢燃料电池提供能源。相应的,在电池模式下,燃料电池系统停止工作,车辆完全由高压电池提供能源。

为了缓解充电/能源补给焦虑,该车两个碳纤维储气罐加氢时间在3分钟内,并采用了插电方式,充满电用时约1.5小时。

就乘用车领域奔驰并不孤单,比如今年日内瓦车展上展出的正道汽车,使用了石墨烯基锂电池作为主要动力源,并可选装零排放的氢燃料电池系统增程器,和奔驰GLC F-CELL有着异曲同工之妙。

氢燃料电池混合动力车优点

在定性问题上,氢燃料电池混合动力系统归于串联式混合动力系统一类,我们可以把它简单理解成是将内燃机和发电机换成燃料电池的一种技术。

虽然奔驰没有详细解释他们的氢燃料电池混合动力车能量调配方式,但就一般来说这种组合带来的优势不仅仅是续航里程提高、多种能量可选这么简单。

事实上这种组合还能带来一些意想不到的好处,比如我们知道燃料电池存在动态响应速度慢的问题,当车辆的运行状态在极短的时间内发生急剧变化(比如起步、急加速),动力系统往往无法满足车辆所需的功率。另外,受冷启动特性的影响,在低温下启动时,燃料电池存在启动时系统效率低、启动速度慢的问题。

面对这些亟待解决的问题,锂电池就派上了用场。由锂电池提供车辆启动、加速、减速等非稳态下所需的大功率,而燃料电池则用来提供稳定工况下的输出功率。

少让燃料电池干自己不擅长的,还能大大提升氢燃料电池的使用效率以及使用寿命,锂电池和氢燃料电池的组合一拍即合。

氢燃料电池混合动力并非奔驰独创

严格来说,氢燃料电池混合动力并不是奔驰的独创,比如国内外已经有不少客车也使用了燃料电池混合动力系统,只不过他们的动力电池选用的是蓄电池或超级电容(奔驰使用的是锂电池作为动力电池)。

比如就在不久前由“十二五”国家科技支撑计划支持的“燃料电池/超级电容混合动力100%低地板有轨电车研制”项目就取得了重大成果,研制了具有自主知识产权的世界首列氢燃料电池/超级电容有轨电车并投入商业运营。这款由中车唐山公司研制的有轨电车,最高时速70km/h,一次快速加氢仅需15分钟,可持续行驶40公里。

而关于锂电池和蓄电池、超级电容之间的斗争则是另一段故事了,但就乘用车而言,锂电池在这三者间是当今最佳的选择。比如虽然马斯克对超级电容给与了好评(超级电容充电速度快,10秒~10分钟即可充满),但身体却很坚定地选择了锂电池(先后使用与松下联合研发的18650、21700型锂电池)。

小结

关于氢燃料电池还是锂电池的争论还会持续下去很长时间,毕竟就现今来说电池系统呈现的是百花齐放百家争鸣的态势,很难说哪一种产品将会主宰未来。我们今天聊到的氢燃料电池混合系统,作为及大家之所长的技术,它兼顾了锂电池的快速积极和氢燃料电池的超高续航的优点。

虽然这项技术的量产化之路还遍布荆棘,但并非不可战胜,至少奔驰和正道已经有了实际产品。退一步说,即便不和锂电池搭伙,氢燃料电池混合动力系统还是有着极高的生命力。也许在未来,我们不会争论选择氢燃料电池还是锂电池,而是这二者将会以怎么样的方式进行合作。

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