为什么说汽车行业的未来属于燃料电池车？

USB-C本文作者Scott Samuelsen，来自Spectrum.ieee.org。编译整理。 丰田Mirai氢燃料电池车如果你是个车迷，那么一定能感觉到近些年来整个汽车行业的转变。现在燃油发动机的统治地位已经有所动摇，曾经在性能车上备受推崇的各种 V6、V8 发动机开始逐渐消亡，就连以速度为核心的 F1 都用上了 1.6 升的四缸引擎。更甚者如特斯拉，已经彻底抛弃了燃油发动机，电动车开始登上历史舞台，硅谷各大科技公司总部停车场一水的特斯拉就是最好的例证。推动这一转变的原因有三点：首先，电动车能大幅减少二氧化碳排放并起到保护环境，延缓气候变化的作用。其次，全面拥抱电动车也是某些缺乏石油地区的无奈之举，如果不加速转变，未来在政治经济上都会受制于他国。最后，地球上的化石燃料正在一点点耗尽，一旦产量无法满足需求，燃油价格就会涨上天，从而加大经济发展的成本压力。电动车分三类如今，市场上的电动车可以分成三类。其中，保有量最大的一类是混合动力车（代表车型为丰田普锐斯）。这是转变过程中的折衷方案，电动机可与传统燃油发动机共同运作，起到提高燃效和节省燃油的作用。第二类则是以特斯拉 Model S 和日产聆风为代表的纯电动车（BEV），经过多年的发展，此类车辆已经不是市场上的异类了。虽然它们用的电依然来自化石燃料发电厂，但由于转化效率高，纯电动车依然比传统燃油车辆环保。未来，随着发电厂向可再生能源转化，纯电动车将变得更加环保。第三类电动车则是燃料电池车（FCEV）。它们是市场上的新兵，但凭借自己独一无二的优势，未来将会成为用户的终极选择。下面，笔者就来分析一下这三类电动车辆的优缺点以及未来它们在电动革命中将扮演何种角色。燃料电池车工作原理混动车和纯电动车我们已经探讨过多次，其特性和工作原理大家也都耳熟能详。不过与它们相比，燃料电池车却很少被人谈及，因此现在就让我们一起了解此类车辆的工作原理吧。与混动车辆电机靠回收内燃机能量来充电不同，燃料电池直接依靠电化学来发电，而为其提供能量的燃料就是车中加注的压缩氢气，氢气与空气中的氧气发生反应后产生电能和水，由于整个过程没有燃烧反应，因此不会排出碳氢化合物、一氧化碳和二氧化碳等污染物。丰田氢燃料电池车内部布局此外，氢燃料电池车拥有超高的燃效，几乎可以达到现有燃油车辆的 3 倍。同时，其续航里程与燃料加注速度也能达到传统燃油车辆的水平。最后，氢燃料容易制造，燃料电池运行中也不会产生恼人的震动。听起来是不是可以碾压混动车辆和纯电动车？但为什么这样好而美的产品路上却很少见呢？那是因为你没去对地方，眼下美国只有加州有氢燃料电池车出售，而市售车辆仅有三款，分别为丰田 Mirai、本田 Clarity 和燃料电池版现代途胜。当然，车型少并非氢燃料电池车的硬伤，真正阻碍其发展的还是加氢站的缺乏，到今年年底，建成投入使用的加氢站只有27个，到2020年这一数字才会增长到74个，基础设施建设的严重滞后让消费者根本不敢下手。美国如此，欧洲的加氢站也不多，而对氢燃料电动车较为重视的日本则只有80个加氢站，为了推广这一技术，日本政府准备在 2020 年东京奥运会前加紧建设相关基础设施。氢燃料电池车与纯电动车有何不同？虽说氢燃料电动车是个新鲜事物，但其主要的传动机构与纯电动车非常相似，而且它们都要配备电池组。至于制动力回收等节能技术，也都是两类产品的标配。两者的不同主要在于电能的来源，充电时间、续航里程和车辆大小。能量来源方面，纯电动车的电能来自于发电厂，而氢燃料电池车则来源于压缩氢气。两者虽然都配备电池组，但氢燃料电池车的电池组可以做的很小，而纯电动车为了续航可能整个底盘都是电池。续航方面，根据电池组大小的不同，纯电动车的里程一般在65 - 320公里左右，不过较为强悍的特斯拉 Model S 和 Model X 则可达 480 公里。氢燃料电动车在续航上优势较为明显，一次加氢可以行驶480-640公里，而最新的 Nikola One 燃料电池卡车，一次加注则可连续行驶 1200 公里。Nikola One 氢燃料电池车在充电时间方面，纯电动车更是被甩得远远的，即使用上最强悍的快充，至少也要等待半小时，而氢燃料电池车完成一次燃料补充最多需要 5 分钟。在车辆体型方面，纯电动的驱动方式则更适合小型车辆，虽然已经有纯电动公交等大型车辆诞生，但其续航里程依然有限，只能满足日常通勤需求。要想克服这一困难，车辆就必须多装电池组，但车重增加后又会带来更多附加问题，这样的解决方案完全是个死循环。与其相比，氢燃料电池车则没有这种顾虑，它们能用在各种类型的车辆上。虽然氢燃料电池车刚刚在市场上斩获些许成绩，但笔者相信，未来 25 年内，大多数消费者都会选择此类车辆，而由于在续航里程、充电时间等方面表现较弱，纯电动车将退居二线。马斯克对于氢燃料电池车必败的推断真的成立吗？有些人可能不太同意笔者的观点，他们与特斯拉 CEO 马斯克站在一边，认为氢燃料电动车根本没有前途。去年，在讨论该问题时马斯克给出了氢燃料电池车必败的三大原因，其中之一是我们提到的加氢站建设问题，此外马斯克认为氢能源安全性不够，而且不属于可再生能源。下面，笔者对马斯克的“指控”进行一一反驳。首先，马斯克称氢能源安全性不够完全是夸大其词，市场上的现有产品，无论是汽油、柴油、燃气、电池还是氢燃料在安全性上都不是尽善尽美的，在遭遇极端车祸时它们都曾造成较大的伤亡。氢气比空气氢，一旦泄露马上就会散佚到空气中，而传统的汽油和柴油则极易在碰撞过后燃起大火吞噬车辆。日本的加氢站 此外，马斯克对加氢站建设滞后的指责也有些五十步笑百步，与传统的加油站相比，充电站和加氢站现在都属于稀罕事物。不过，加州能源委员会的报告显示，加州只需 68 个加氢站就能基本满足用户需求了。而在南加州地区，38 个加氢站就足够了。随着氢燃料电池车的增多，只需将现有加油站的 15% 改造成加氢站就能满足用户需求。纯电动车对充电站的需求则与氢燃料电池车不同，由于充电时间较长，用户一般会在家中装配充电设施（类似中国这样车位紧张的建设起来很麻烦），而公共充电站则大多数建在购物中心和写字楼等人流密集的区域。不过，这些区域的充电位有限，争夺充电桩的事情时有发生。此外，如果车主在购物或上班，还有可能造成充电桩的浪费或被别人恶意拔掉充电枪。马斯克认为氢燃料并非可再生能源的看法更是大错特错。如今，加州 33% 的氢能源都来自可再生能源，这是法律明确规定的，而随着技术进步这一比例将继续提高。眼下，生产氢能源的方式主要有两种，一种是热电冷三联产，该方案效率高，能大幅减少燃料消耗。另一种则靠电解，鉴于电网上的电如果用不完就会浪费掉，这种方式也较为环保。而且，别忘了生产氢能源我们还能用到风能和太阳能。本田 Clarity氢燃料电池车的时代已经到来虽然马斯克对氢燃料电池车极尽抹黑之能，但大多数汽车制造商都已经开始了相关技术的积累，经验老道的它们完全能分得清哪种解决方案更有前途。当然，笔者并不是说纯电动车将被氢燃料电池车完全替代，毕竟不是所有人都喜欢大车，大多数人的车都用来短途通勤，而且夜里在家充电也不麻烦。不过，纯电动车未来肯定不会成为主流产品。按现在的发展趋势来看，氢燃料电池车未来风头将盖过纯电动车，但要实现这一目标我们可能需要数十年的时间，而到时纯电动车的保有量肯定已经相当庞大了。虽然氢燃料电池车要获得统治地位还需经历一个漫长的过程，但属于它的时代已经到来。Via. Spectrum