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电池知识

乘用车企在发展氢燃料电池乘用车方面并没有如记者预期那般积极,其原因何在?

来源:宝鄂实业    2019-04-26 20:26    点击量:

最近关于“甲醇燃料电池迎重磅利好”的消息频繁见诸网络,随后布局甲醇燃料电池的上市公司股价受带动上涨,关于甲醇燃料电池汽车的各路消息也跟着凑上热闹……甲醇燃料电池好像一下子躁动了起来。

 

观察这些鼓吹甲醇燃料电池利好的相关内容中,无一例外都提到了3月,由8部委联合下发的《在部分地区开展甲醇汽车应用的指导意见》。但通读意见全文即可发现,以意见稿为由头大肆宣扬甲醇燃料电池颇有喧宾夺主之嫌,而所谓“重磅利好”也有些言过其实。

 

 

甲醇汽车VS甲醇燃料电池汽车

 

 

意见确实在“加快甲醇汽车制造体系建设”条款下点出“鼓励和支持企业研发甲醇混合动力汽车、甲醇增程式电动汽车、甲醇燃料电池汽车产品”。但主要强调的是“重点在山西、陕西、贵州、甘肃等资源禀赋条件较好且具有甲醇汽车运行经验的地区,加快M100甲醇汽车的应用。”

 

没错,“加快M100甲醇汽车应用”才是此次意见稿的核心目的。而“M100甲醇汽车”与“甲醇燃料电池汽车”虽然都用到了甲醇,实际概念却差着十万八千里。

 

甲醇汽车是指使用甲醇和汽油混合物为驱动燃料的汽车产品。M100甲醇汽车则是指甲醇含量100%,不添加任何汽油的纯甲醇燃料汽车,燃料直接装在汽车油箱中。对应以甲醇含量作为标记,掺入一定汽油作为燃料的甲醇汽车还有M15、M30、M50、M85等型号,相应甲醇掺入量分别为15%、30%、50%、85%。

 

而甲醇燃料电池汽车则靠电力驱动,根据燃料电池工作原理的不同主要被分为两类:一类采用直接甲醇燃料电池(质子交换膜燃料电池中的一类),可使用水溶液及蒸气甲醇为燃料供给来源发电,为车辆提供动力支持。

 

另一类采用甲醇重整制氢燃料电池,车辆上配备的甲醇重整器替代储氢罐装置,将甲醇和水的混合液被转化为富氢重整气,作为电池发电原料,进而支持车辆运行。

 

现在运用于汽车驱动方面的主要是甲醇重整制氢技术路线。去年已在昆山投运的东风T7厢式货车(轻卡)、爱驰旗下的Gumpert Nathalie燃料电池超跑,以及电咖计划跨领域推出的燃料商用车都采用了甲醇重整制氢燃料电池技术。

 

“意见加快推动甲醇汽车应用,与当前国内燃料电池车推广的目的还不尽相同。”业内人士表示:“燃料电池车推广更多的强调清洁减排,而甲醇汽车的推广则更多的承担着车用燃料多元化、能源安全和替代的压力。”

 

另一位资深行业人人士补充:“我国煤炭资源丰富,但将近40%的高硫煤炭等劣质煤炭无法在工业上应用,发展甲醇有利于唤醒这些沉睡的资源。此外,甲醇资源广泛且生产技术成熟,使用成本更低,与汽油车相比,甲醇汽车大约可减少20%-30%的燃料费用。”

 

值得一提的是,当前国内吉利汽车、陕重汽、宇通汽车、一汽靖烨等企业已拥有甲醇汽车专有技术,也是甲醇汽车推动的积极参与者。

 

 

甲醇燃料电池车的优势

 

 

纵然此次甲醇燃料电池汽车的“热”借意见稿“炒作”的嫌疑颇大,但甲醇燃料电池汽车从20世纪到现在的发展历史却不容置疑,奔驰、本田都曾是这一领域的先锋探索者。在国内外日益重视燃料电池车发展的当下,甲醇燃料电池技术也凭借更低的配套设施建设代价、成本优势、储运难度得到了新的关注。

 

1997年,奔驰推出了采用甲醇水蒸气重整技术的第三代FCV产品Necar 3,该车型配备了38L的甲醇箱,可支持Necar 3续航里程超300km。后续推出的电池体积更小、功率更高,续航里程更长的Necar 5被誉为可以上市销售的成熟甲醇燃料电池车产品。丰田也在1999推出了采用甲醇重整器和自制PEFC的FCX-V2车型。国内则从2010年起尝试将甲醇重整燃料电池系统集成到汽车应用领域。

 

从技术细分来看,已形成“甲醇重整+高温燃料电池”、“甲醇重整制氢+氢气提纯+低温燃料电池”、“甲醇重整+除CO装置+低温燃料电池”3条主要技术路线。

 

而根据国内外积累的开发经验,甲醇燃料电池汽车具备燃料来源丰富、配套设施更换难度小、综合使用成本低等优点。

 

除了上文提到的煤制甲醇外,甲醇还可通过天然气、焦炉气、生物质木材、秸杆等制取,凡是可燃烧的有机物均可用于甲醇生产,将来甲醇甚至可用二氧化碳与氢合成。

 

与此同时,甲醇燃料电池加注配套设施仅可在现有加油站网络的基础上增加甲醇加注功能即可,设备更换操作方便,成本较低,利于汽车产业的规模化推广应用。

 

低制取成本和减少零部件环节等的综合作用下,甲醇燃料电池汽车的使用成本也更为低廉。相关车企负责人透露,当前甲醇燃料电池客车采用的甲醇混合液成本约为1-1.5元/L,折合0.9-1.3元/kWh,低于当前汽油和氢燃料电池价格,较为接近纯电动客车的电费成本(1.2-1.6元/kWh)

 

 

商业化落地仍有阻碍

 

 

尽管甲醇燃料电池汽车的优点十分显著,但启动时间长、系统功率小、部分核心部件和控制系统的复杂等问题仍阻碍着甲醇燃料电池车的大规模落地推广。

 

以当前车用领域主要采用的“甲醇重整+高温燃料电池”技术路线为例,为满足高温甲醇重整器与高温电堆的匹配和工作稳定性,甲醇重整制氢器的工作温度需达200℃以上,仅借助外部加热使燃烧室温度升至标准温度的操作就需耗时约30分钟,因此带来的启动时间长、响应速度慢等问题十分显著,需要与超级电容或锂电池储能系统并联使用来满足产品对电能的动态需求。对应产品的可靠性也仍有待更多数据验证。

 

尽管爱驰、东风、威马、电咖等车企都不同程度地表现出对这一技术路线的看好,但不少业内人士仍对甲醇燃料电池在汽车领域的应用持保守态度。

 

“甲醇燃料电池目前的技术状态只适用于固定式发电,能量密度没有其他类型的燃料电池高,单模块功率没法做到500W,不符合车用需求。”一位燃料电池提供商坦言:“事实上,车上空间有限,运行环境复杂,再装一个小型化工重整装置并不现实。”

 

但也有业内人士持中立看法,认为甲醇燃料电池汽车是更接地气的选择,在氢燃料电池车运营成本未下降到预期时,可被视为节能减排的补充方案。进展快慢取决于零部件配套

 

 

    

 

与全国“两会”热烈讨论氢能的气氛不同,乘用车企在发展氢燃料电池乘用车方面并没有如记者预期那般积极,其原因何在?

 

 

“从零部件的角度来看,氢燃料电池应用于乘用车上还需时日。”一位在氢燃料电池领域耕耘多年的供应商告诉记者,“与过往相比,我国的氢燃料电池技术有了非常明显的进步。无论是自身的研发能力提升,还是通过合资合作与国际先进零部件企业共同研发,都使国内的技术水平与时俱进。因此,目前我国氢燃料电池的技术水平应用于商用车(客车)领域问题不大,但目前也只能局限在商用车的应用。”

 

 

这位供应商的分析,有几个关键问题是挡在氢燃料电池乘用车商业化道路上的拦路虎。首先,生产一致性问题。例如:氢燃料电池中的高压阀门,小批量生产的产品能够达到相当的精度,但大批量生产的条件下,精度不够理想。其次,小型化问题。在商用车领域中的应用,由于车身长度没有太多局限,燃料电池、储气气瓶等的体积问题并不是关键,但由于乘用车的车身尺寸小,可谓寸土寸金,因此整个系统必须小巧精悍,对部分技术标准提出更高的要求。氢燃料电池中应用到的工艺和材料,很多并不是起源于燃料电池的制造生产,其应用最广泛的领域也并非燃料电池领域。这背后的工业差距需要我们正视并脚踏实地去追赶。高级技师、优秀工程师等制造领域专业人才的缺乏也限制了我国燃料电池汽车的发展步伐。

 

 

 

 
 

车企当着手做好商业化准备

 

 

 

如果氢燃料电池的零部件随着技术进步在不断完善,那么乘用车企业在商品化的道路上还要做好哪些准备?

 

 

“易用性、稳定性、低成本和深度开发应该是乘用车企业现在就要考虑的。”一位不愿透露姓名的业内资深专家告诉记者。

 

 

“乘用车与商用车最大的不同就是,乘用车直接面对消费者。消费者不太希望面对过于复杂的系统。”这位专家告诉记者,“无论是自动挡代替了手动挡,还是一系列智能辅助驾驶系统的应用,都说明了这一点。作为驾驶者,消费者最希望能够在坐进驾驶室的这一刻,就能够彻底放松下来,而不是为各种技术问题担忧。所以整车企业需要把易用性摆在重要位置。”

 

“稳定可靠是乘用车的另一个特点。商用车在示范运行的时候,可以有专门的技术团队来维护,出现故障,由技术人员及时排除,出勤率也没有那么严苛的要求。但乘用车市场就无法容忍这类情况的发生。”这位专家表示,“消费者需要的是方便的代步工具,那么氢燃料电池汽车的首次故障里程、平均故障间隔里程,至少需要达到和燃油车相近的水准,才可能被市场认可。”

 

“制造成本也是绕不开的话题。虽然国家会有政策倾斜、财政补贴。但单车成本始终是作为消费品绕不开的一个障碍。”这位专家直言,“即便日本、韩国等国家相对成熟的氢燃料电池车型,售价依然不菲。如果不能有效降低制造成本,对消费者吸引力不够,对国家财政也是个负担。”

 

 

 

 
 

商用车先导多元化发展

 

 

 

“商用车尤其客车作为氢燃料电池汽车的先导,我认为这没有问题,这也符合规律。从氢燃料电池客车开始示范运行,方便管理、加氢,为日后市场化打下了良好基础。氢燃料电池客车做得好,氢燃料电池乘用车没有理由做不好。”付于武告诉记者,“回想我国纯电动汽车产业的发展,也是纯电动客车先起步。作为新的产品,在成本较高的时候政府通过补贴来进行示范运行,是非常合理的。”

 

“氢燃料电池领域的关键技术,我们已经开始有所突破。”付于武直率地告诉记者,“的确,很多核心零部件的关键技术掌握在外资企业手中。但我国车企通过合资合作引进技术,也已经开始了消化、吸收再创新的进程。据我所知,潍柴就投入了巨大力量进行电堆的研发。碳纤维气瓶等核心零部件也有很多企业利用产学研合作的机制,不断攻坚克难。我相信,氢燃料电池汽车产业会像传统燃油车产业走过的道路一样,在不断的开放中形成自己的竞争力。”

 

“近几年从全球范围内,特别是中、日、韩的氢能燃料电池汽车产业在加速发展,而我对中国氢燃料电池汽车的发展抱有极大信心。随着燃料电池技术的进步,包括储氢、加氢等技术的发展,氢燃料电池汽车的成本在逐年下降,使我们看到了氢燃料电池汽车的光辉前景。”付于武表示。

 

 

 

“我们认为纯电动、混合动力、燃料电池三条技术路线,在不同的阶段会有不同的突破,会有不同的市场空间。我们的终极目标是为了达到汽车更清洁的排放、更良好的节能效果。所以人为地制造几种技术路线上的对立,是比较幼稚的一种做法。”付于武最后告诉记者,“新能源汽车要坚持多元化的发展,不同技术路线的推进。我们国家的市场是巨大的,除了产品上的准备,我们同时也要在基础设施等领域做好充分的准备。”


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