電驅(qū)動(dòng)的終極方案 看日本如何玩轉(zhuǎn)氫能源車

　　【太平洋汽車網(wǎng) 新車頻道】氫燃料電池汽車作為汽車電動(dòng)化、低碳化的重要方向，對(duì)于改善未來(lái)能源結(jié)構(gòu)、發(fā)展低碳交通具有深遠(yuǎn)意義。在全球大多數(shù)國(guó)家都以純電動(dòng)汽車和混合動(dòng)力汽車為主攻方向之時(shí)，日本人是如何直接以“三級(jí)跳”的姿勢(shì)直奔“終極環(huán)保”階段，投身氫燃料電池車行列？讓我們來(lái)一探究竟。

　　傳統(tǒng)動(dòng)力電池（干電池、蓄電池）是一種儲(chǔ)能裝置，把電能貯存起來(lái)，需要時(shí)再釋放出來(lái)；而氫燃料電池是一種發(fā)電裝置，是把化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化為電能的電化學(xué)發(fā)電裝置。

　　相較于鋰電池，氫燃料電池具有能量密度高、續(xù)航里程長(zhǎng)、整備質(zhì)量輕、性能提升空間大等諸多優(yōu)點(diǎn)。單純從用戶體驗(yàn)和擺脫里程焦慮的角度考慮，氫燃料電池對(duì)蓄電式純電動(dòng)車有著碾壓優(yōu)勢(shì)。

　　不過(guò)，目前中國(guó)新能源的國(guó)策是主推蓄電池純電動(dòng)車（BEV），雖然動(dòng)力電池的技術(shù)瓶頸暫未突破，但產(chǎn)業(yè)鏈布局已經(jīng)形成了規(guī)模。反觀氫燃料電池車（FCV）領(lǐng)域，它同樣需要BEV領(lǐng)域的動(dòng)力電池組（只不過(guò)容量更小），而氫燃料電池必須的關(guān)鍵材料，如催化劑、質(zhì)子交換膜、雙極板等，在國(guó)內(nèi)產(chǎn)業(yè)鏈基本處于起步階段，造價(jià)高，產(chǎn)能低，僅能滿足商用級(jí)別的需求，動(dòng)輒七位數(shù)的加氫站建設(shè)成本也阻擋了氫燃料電池車進(jìn)入乘用車市場(chǎng)的風(fēng)頭。

　　地球上氫元素含量豐富，且能量密度高、更加環(huán)保清潔。但氫燃料電池成本高、落地困難，現(xiàn)階段不靠政府補(bǔ)貼很難走下去。加氫站建設(shè)投資成本高，發(fā)展滯后。此外，氫氣易燃易爆，存在一定的安全隱患。降低成本、存儲(chǔ)、和加氫站建設(shè)是最核心的三個(gè)突破點(diǎn)。

　　日本在氫能源的探索給了我們新的希望，接下來(lái)就讓我們一起來(lái)看看日本氫能源的發(fā)展。

　　電動(dòng)汽車當(dāng)?shù)溃?dāng)其他國(guó)家還在觀望，或堅(jiān)守燃油、或大力發(fā)展傳動(dòng)動(dòng)力電池的時(shí)候，日本已經(jīng)在氫能的利用上走在世界前列。日本提出了“氫能社會(huì)”的構(gòu)想，豐田量產(chǎn)了第一輛性能優(yōu)越的氫電池車Mirai，本田也推出了Clarity，加氫三分鐘，續(xù)航750公里，日本在“朝氫走”的道路上走得特別堅(jiān)定。

　　1.日本島國(guó)資源匱乏、而且氫能源環(huán)保、高效且制法多樣：

　　2.日本氣候嚴(yán)寒，氫燃料電池系統(tǒng)的工況受低溫影響較小，具有天然優(yōu)勢(shì)；鋰電池的低溫性能到今天都得不到很好的解決，PTC熱敏電阻或小排量?jī)?nèi)燃機(jī)等保溫方法各有缺點(diǎn)，這也是日本不廣泛推廣純電動(dòng)車的重要緣由。

　　3.日本國(guó)土狹長(zhǎng)、人口稠密，加氫站建設(shè)具有可行性：一個(gè)加氫站覆蓋100平方公里左右的面積，就算僅僅將加氫站在日本沿海布局，也基本可以滿足日本加氫的需求了。同時(shí)，由于日本人均收入高，家庭布局小型制氫站也成為一個(gè)可能性，這是“氫能社會(huì)”的微觀元素。

中、日、韓加氫站密度對(duì)比圖

　　◆ 小結(jié)

　　氫燃料電池車或許是一種非常具有地域特色的解決方案，尤其適合狹窄，人口稠密，能源匱乏以及高度要求環(huán)保的地點(diǎn)：是因?yàn)樘鞎r(shí)地利，也是因?yàn)闊o(wú)可奈何，日本成為了全球氫能利用的急先鋒。

　　為了鼓勵(lì)市民在奧運(yùn)期間也使用氫燃料電池車，東京政府會(huì)承擔(dān)80%的補(bǔ)貼。另外，氫燃料電池車加氫站也在東京加緊建設(shè)中，預(yù)計(jì)到2030年?yáng)|京氫燃料電池汽車加氫站會(huì)超過(guò)150個(gè)，車輛數(shù)量會(huì)超過(guò)20萬(wàn)輛。

　　日本工業(yè)部長(zhǎng)Seko也在去年9月份表示，“電動(dòng)汽車的發(fā)展趨勢(shì)在增長(zhǎng)，銷量在增加。但我們不能突然跳上電動(dòng)汽車，要捍衛(wèi)政府對(duì)氫能的承諾。政府仍然致力于向“氫氣社會(huì)”轉(zhuǎn)型項(xiàng)目投入資金。” 

　　2018年8月9日，日本新能源產(chǎn)業(yè)技術(shù)綜合開(kāi)發(fā)機(jī)構(gòu)（NEDO）、東芝能源系統(tǒng)、東北電力及巖谷產(chǎn)業(yè)合作，開(kāi)始在福島縣浪江町建設(shè)利用可再生能源制氫的氫能源系統(tǒng) “福島氫能源研究站（Fukushima Hydrogen Energy Research Field （FH2R））”。

　　“福島氫能源研究站” 每年能利用毗鄰的光伏發(fā)電設(shè)備和系統(tǒng)電力，通過(guò)1萬(wàn)kW的制氫裝置來(lái)制造、儲(chǔ)藏和供應(yīng)最大900噸的氫。此次實(shí)證運(yùn)行的最大課題是，如何利用氫能源運(yùn)行系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)氫的制造和儲(chǔ)藏與電力系統(tǒng)供需平衡的最佳組合。

　　社會(huì)正向電氣化/氫氣化轉(zhuǎn)型，車輛的電動(dòng)化進(jìn)程也越來(lái)越快，氫氣是實(shí)現(xiàn)低碳社會(huì)的有效能量載體。在日本政府的鼓勵(lì)下，日本車企如豐田、本田等都?xì)淠茉雌嚨难邪l(fā)中加快了步伐…

　　豐田Mirai一如其名字一樣，是為未來(lái)而來(lái)的一款劃時(shí)代新能源車，代表著未來(lái)交通工具能源發(fā)展的方向。Mirai采用的氫燃料電池（Hydrogen Fuel Cell）是一套將氫氣和氧氣蘊(yùn)含的化學(xué)能經(jīng)過(guò)電化學(xué)反應(yīng)直接轉(zhuǎn)換為電能的發(fā)電裝置。

　　然而氫的制造儲(chǔ)存，電堆的壽命和性能陽(yáng)極材料、質(zhì)子交換膜、催化劑的材料，系統(tǒng)的耐久和可靠都是難點(diǎn)。也是因?yàn)殡y，Mirai的量產(chǎn)才如此令人佩服。Mirai有兩個(gè)碳纖維制的氫氣瓶，最大容積122.4L，70MPa的存儲(chǔ)壓力下可以存儲(chǔ)5kg氫氣。

　　Mirai的驅(qū)動(dòng)功率大部分直接來(lái)自于燃料電池電堆（即是功率跟隨），動(dòng)力系統(tǒng)配備的鋰電池用于FCV反應(yīng)堆電能暫儲(chǔ)、制動(dòng)回收電能儲(chǔ)存，更可與FCV反應(yīng)堆同時(shí)為驅(qū)動(dòng)電機(jī)供能。Mirai充一次氫氣僅需3-5分鐘，即可恢復(fù)483km續(xù)航里程。

　　阻礙氫燃料電池車發(fā)展的最大因素就是“錢”。Mirai在日本售價(jià)為723.6萬(wàn)日元（約合人民幣44.2萬(wàn)元），除去各種稅費(fèi)減免，用戶也需支付498.3萬(wàn)日元（約合人民幣30.4萬(wàn)元）才能把Mirai開(kāi)回家，這個(gè)價(jià)格能在日本買到皇冠2.0T了；美國(guó)售價(jià)為57500美元（約合人民幣39萬(wàn)元），這個(gè)價(jià)格能在美國(guó)買雷克薩斯RX450h了。

　　豐田官方發(fā)言人透露，最終在2020年，大規(guī)模量產(chǎn)后，成本有望降到20萬(wàn)元這個(gè)普通家庭能夠勉強(qiáng)能夠到的價(jià)位，但也依然困難重重。加氫站的建設(shè)離不開(kāi)各個(gè)國(guó)家的基礎(chǔ)設(shè)施的支持和投資。另外大批量制氫的技術(shù)還不理想，成本更是不低。

　　另外不得不提到的一點(diǎn)，豐田已經(jīng)宣布將會(huì)在全球范圍內(nèi)開(kāi)放5680項(xiàng)有關(guān)氫燃料電池技術(shù)的專利，其中包括豐田Mirai的1970項(xiàng)技術(shù)，放期限到2020年底為止。豐田開(kāi)放專利的目的是希望企業(yè)界接受豐田的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，形成事實(shí)上的統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，以降低技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)。

　　本田以“制造”、“使用”、“連接”為理念，正致力于開(kāi)發(fā)實(shí)現(xiàn)氫氣社會(huì)的技術(shù)。2016年3月發(fā)售了FCV“CLARITY FUEL CELL”。為普及燃料電池車，降低成本、建立品質(zhì)技術(shù)以及完善基礎(chǔ)設(shè)施將是亟待解決的問(wèn)題。

　　本田估算下一代汽車削減CO²排放的可能性如下：可再生能源發(fā)電產(chǎn)生的電力驅(qū)動(dòng)小型BEV實(shí)現(xiàn)CO²零排放； 利用太陽(yáng)能將水電解為氫氣與氧氣，驅(qū)動(dòng)FCV “FCX Clarity”實(shí)現(xiàn)CO²零排放。本田計(jì)劃到2030年，將銷量的2/3替換為PHEV、HEV、FCV以及BEV等零排放車輛。

　　作為針對(duì)氫氣社會(huì)的開(kāi)發(fā)理念，以使用氫氣、具有終極清潔性能的FCV為中心，將一體式氫氣站SHS (Smart Hydrogen Station) 與外部供電逆變器Power Exporter 9000連接使用。本田從1996年起開(kāi)啟基礎(chǔ)研究，歷經(jīng)20年，終于完成了FCV Clarity、SHS、Power Exporter 9000等的研發(fā)。

　　1.啟動(dòng)出租車路試

　　為更多人提供觀察FCV、試乘FCV的機(jī)會(huì)，使人們切身感受到FCV的優(yōu)勢(shì)。研究FCV在出租車行業(yè)的影響，并反映至今后的開(kāi)發(fā)中。目前在日本國(guó)內(nèi)的投放情況是日野交通 (神奈川縣) 1輛、大宮汽車 (埼玉縣) 1輛、帝都汽車交通 (東京都) 2輛、仙臺(tái)出租車 (宮城縣) 2輛。

　　2.氫燃料電池戰(zhàn)略路線圖

　　在日本國(guó)內(nèi)，根據(jù)政府主導(dǎo)的氫氣/燃料電池戰(zhàn)略路線圖，推進(jìn)FCV的投放、以及氫氣基建的完善。2025-2030年期間，將完善氫氣站，并開(kāi)始自主擴(kuò)大規(guī)模。首先以4個(gè)大城市為中心，集中完善氫氣站，隨后推廣至二三線城市、甚至全國(guó)。2025年前后，日本政府將重點(diǎn)參與其中，構(gòu)建普及FCV的社會(huì)基礎(chǔ)。

豐田燃料電池卡車欲為基礎(chǔ)設(shè)施發(fā)展帶來(lái)收益

　　由于加氫站建設(shè)成本太高，發(fā)展滯后，在加氫站數(shù)量有限的情況下，有目的、有節(jié)奏的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)運(yùn)輸是最為合適的選擇。因此，日本將氫能源汽車發(fā)展方向的思考，轉(zhuǎn)向了為基礎(chǔ)設(shè)施服務(wù)，打造FCV卡車成為優(yōu)先項(xiàng)。

　　以目前用戶數(shù)量來(lái)看，很難將氫站視為盈利性事業(yè)，僅依靠補(bǔ)助金很難增加數(shù)量。而將氫站作為盈利性事業(yè)對(duì)實(shí)現(xiàn)氫氣社會(huì)至關(guān)重要，日本將目光鎖定在了7-11便利店。2017年8月，日本豐田汽車公司簽訂了店鋪及物流中節(jié)能、減排研究相關(guān)的基本協(xié)議書，在東京都內(nèi)的2區(qū)域上開(kāi)始實(shí)施。

　　為此，豐田汽車還專門制造了兩輛具備冷藏和冷凍功能的FC卡車，F(xiàn)C卡車的氫氣儲(chǔ)存量是轎車MIRAI的1.5倍以上，且每天氫的使用量很大。7-11便利店的FC卡車對(duì)氫能源的使用量相當(dāng)于普及30輛MIRAI的效果，無(wú)形中增加了氫基礎(chǔ)設(shè)施的利用次數(shù)。

引入氫燃料電池摩托車

　　2018年12月28日，日本國(guó)土交通部宣布，將修改部分規(guī)定道路運(yùn)輸車輛安全標(biāo)準(zhǔn)的告示，以引入氫燃料電池摩托車。氫燃料電池摩托車的新標(biāo)準(zhǔn)是：當(dāng)?shù)沟氐惹闆r發(fā)生時(shí)，氫燃料電池摩托車能防止對(duì)氫容器表面造成嚴(yán)重?fù)p壞甚至是破裂，要有一定的緩沖性和耐擦性。

　　另外，在發(fā)生碰撞事故產(chǎn)生加速度時(shí)，氫容器要求被固定在車輛上，防止氫容器脫離車輛。此外，氫燃料電池摩托車在運(yùn)行容器安全閥時(shí)的氫氣釋放方向，要求為在車輛正立狀態(tài)下向垂直向下釋放，以使周圍的人能夠判斷氫氣排出方向。

　　當(dāng)我們放眼一個(gè)10年，對(duì)于汽車來(lái)講是兩個(gè)世代更替，而對(duì)于人類在能源革命上的探索，不過(guò)歷史的一瞬。新能源車是個(gè)不斷在擴(kuò)充的天量市場(chǎng)，可以容納下眾多的產(chǎn)品。百花齊放，勝過(guò)孤注一擲。從目前技術(shù)發(fā)展和實(shí)用化水平看，純電動(dòng)汽車雖然性能上不占優(yōu)勢(shì)，但是實(shí)用性和普及性上是領(lǐng)先于氫燃料電池車的，但今后誰(shuí)能真正領(lǐng)先新能源汽車領(lǐng)域，還要看最終技術(shù)進(jìn)步和實(shí)用化的最終比拼結(jié)果。（文：太平洋汽車網(wǎng) 韓蕊）

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