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      日本氫燃料動力鋰電池汽車為何快人一步?


      發布時間:2021-08-26瀏覽次數:67

      隨著新能源汽車產業的逐漸成熟,電動汽車的發展逐漸面對電池的瓶頸問題,在全球范圍內,燃料動力鋰電池汽車成為目前業內公認的除電動汽車之外最適合代替傳統燃油車的新型能源。


      甚至,和電動汽車在未來所面對的電池回收利用問題比起來,氫能燃料動力鋰電池汽車被認為是實現車輛使用階段“零排放”、全生命周期“低排放”的重要技術路徑,也是未來汽車產業技術競爭的制高點。


      近年來每一次國內外的大型車展上,總少不了日本氫燃料動力鋰電池汽車的身影。在剛過去不久的北京車展和深港澳國際車展上,豐田展臺的氫燃料動力鋰電池汽車引來眾多粉絲關注。


      日本全面開展氫燃料動力鋰電池汽車戰略布局!


      今年五月,李克強總理參觀位于北海道的日本豐田汽車廠。豐田展示了一系列自主研發的高科技產品,其中包括完全自動駕駛的純電動樣車“e-Palette概念車”和燃料動力鋰電池車豐田Mirai。


      作為全球首輛量產氫燃料動力鋰電池車,Mirai是豐田FCV(FuelCellVehicle,燃料動力鋰電池車)計劃的產物,很明顯日本看中燃料動力鋰電池技術有關汽車產業和能源格局的影響。


      2017年十二月二十六日,日本政府正式公布“氫能源基本戰略”,重要目標包括到2030年左右實現氫能源的發電商用化以及未來通過技術革新等手段把氫能發電成本降低至與液化天然氣發電相同的水平。


      據了解,日本汽車公司已聯合投資在日本國內進行加氫站的建設。日本三大汽車巨頭——日產、豐田和本田也早已開始攜手在建設氫燃料動力鋰電池車基礎設施——加氫站。去年,日本11家公司將共同成立一家新公司在日本全面開展氫燃料動力鋰電池車(FCEV)加氫站的戰略布局工作。


      根據OFweek產業研究院數據表明,2015年到2018年,全球氫燃料動力鋰電池車的銷量正逐年成倍上升,從2015年的253輛增至2018年四月的3828輛。其中,在目前量產的車型銷量排行中,豐田Mirai占據銷量排行榜首,三年共售出1858輛,量產車型重要是豐田Mirai、本田Clarity和現代ix35、現代Nexo,這些售出的車型重要分布在美國、丹麥、日本和韓國等。


      從全球車企的動向來看,可以說沒有哪一家公司像豐田、本田一般對燃料動力鋰電池汽車如此癡迷。前有豐田Mirai氫燃料動力鋰電池汽車掀起浪潮,后有本田第三代CLARITY推波助瀾,那究竟是什么吸引著日系車企,讓他們如此熱衷于氫燃料動力鋰電池汽車呢?


      豐田高層:燃料動力鋰電池車是最終環保車


      從能源結構上來說,島國日本資源匱乏,電力更是如此,而福島事故后更是讓日本拋棄核電,轉而加大對火電的投入,這一舉措導致日本對化石燃料的需求進一步擴大,同時也讓日本愈發依賴能源進口。將自己的命運放在別人手里,顯然是日本不愿意見到的,因此,尋找一個清潔高效、同時又能在本土制備的能源成為日本第一目標。


      從環境可持續發展的角度來說,豐田汽車于2015年十月十四日公布“豐田環境挑戰2050”目標,提出在2050年前實現僅靠發動機行駛的汽車的“零”銷售。該計劃旨在提高混合動力車(HV)和燃料動力鋰電池車(FCV)的比率,使新車的二氧化碳(CO2)排放量比2010年削減90%。因此,豐田汽車近年來在新能源汽車,尤其是燃料動力鋰電池汽車上投入了大量研發資金。從長期來看,目前豐田汽車的研發開支正處于歷史高位,可以認為豐田汽車有關科研十分重視,未來繼續會有大量新能源技術和產品推出。


      目前,豐田汽車是電動汽車銷量最高的汽車廠商,電動汽車累計銷量破1000萬,其代表車型普銳斯發展至今已推出第四代車型,單款車型累計銷量398.46萬量(2017年二月數據)。2016年十一月,豐田汽車社長豐田章男直接出任電動事業負責人,可見豐田對電動汽車的重視。


      盡管如此,由于傳統電池技術的限制,豐田高層認為燃料動力鋰電池車是最終環保車,豐田汽車近年來將其未來研發重心從技術成熟的混合動力汽車逐漸轉向燃料動力鋰電池汽車。豐田汽車于1992年便開始研發燃料動力鋰電池汽車,在1996年十月公布了首款燃料動力鋰電池汽車FCEV。在隨后的十多年里,豐田汽車陸續推出了FCHV-3、FCHV-4、FCHV-5、ToyotaFCHV、ToyotaFCHV-adv等車型,但受制于昂貴的單價和基礎設施不足,該階段的燃料動力鋰電池汽車沒有量產和商品化。


      Mirai何等車也?


      直到2014年十二月十五日,豐田汽車在日本公布全球首款量產氫燃料動力鋰電池汽車Mirai。經政府補貼后,實際售價520萬日元左右(約31萬人民幣),Mirai的儲氫罐可儲存5千克氫氣,加滿氫氣僅需3-5分鐘,加注后可行駛650千米。就目前的儲氫水平和行駛里程來說,都達到了優秀水平。


      由于電池技術的限制,目前純電動汽車的續航里程普遍在250公里左右,且要數小時的時間充電。由于氫燃料動力鋰電池汽車的續航和加注燃料的時間與普通內燃機汽車無異,很多人認為優勢大于純電動汽車。


      Mirai使用的燃料動力鋰電池系統(ToyotaFuelCellSystem,簡稱TFCS)由豐田汽車自主研發,重要包括六個子系統:燃料動力鋰電池堆、儲能電池、高壓儲氫罐、驅動電機、PC升壓變頻器和動力控制裝置。


      根據官方數據,Mirai的續航里程達502km,最高輸出功率為114kW,最高時速為175km/h。各項性能與當前市售的家用轎車相差無幾,甚至超出當前部分電動汽車續航里程。


      Mirai的燃料動力鋰電池為固體聚合物電解質燃料動力鋰電池(SolidpolymerelectrolyteFC),最大輸出功率為114千瓦,由370片電池組成,體積功率密度和質量功率密度分別為3.1kW/L,2.0kW/kg,處于世界領先水平。除了為汽車供應動力外,Mirai的燃料動力鋰電池堆還可以為其他設備供電,Mirai可以作為備用發電機使用。為了提高效率,Mirai后備箱中有一塊鎳氫儲能電池,用于吸收燃料動力鋰電池組輸出剩余的電能和車輛行駛過程中回收的電能,供汽車急加速或車載電池使用。


      氫燃料的安全存儲是氫燃料動力鋰電池汽車最重要的問題。Mirai最大可承受70兆帕壓力的高壓儲氫罐,外殼由碳纖維和凱夫拉組成,能夠抵抗一般輕型攻擊。


      不過,有關氫燃料動力鋰電池汽車來說,加氫站等基礎設施的建設是未來發展面對的困難。為使更多的氫燃料動力鋰電池汽車上路,豐田還無償對外公開了5000多項燃料動力鋰電池相關專利,希望以此鼓勵其他汽車廠商推出燃料動力鋰電池汽車,降低加氫站等基礎設施的建造和使用成本。


      小結


      日本在氫燃料汽車和氫燃料動力鋰電池領域的發展之所以快人一步,其實不管有關日本還是其他國家來說,氫燃料動力鋰電池汽車的發展,一方面是能源安全的要,另一方面,也是環境可持續發展的要。


      我國在燃料動力鋰電池汽車領域的研究和進展并不晚于國外,政府也高度重視氫能燃料動力鋰電池汽車的發展,并將其作為我國汽車動力系統轉型升級和新能源汽車戰略的重要方向。目前國家能源集團正在加快布局從制氫到加氫站的氫能利用全產業鏈,并參與氫燃料動力鋰電池的研制與開發。國家政策將以示范為主,未來產業技術好的區域自然能搶占先機,切分更多的市場蛋糕。而在充電基礎設施難普、電池能量密度有限的當下,燃料動力鋰電池汽車也迎來更多發展機遇。


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