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燃料电池是新能源的“希望”吗?只有成本才是唯一的答案!

2017-09-04 09:26 来源: 车云网

一周前,车云菌参加了一个关于燃料电池的论坛,在听了业内专家对燃料电池这个行业的分析并观摩了行业成果后,左右权衡了一个星期,写了下面这些文字。

燃料电池能解决现阶段 " 新能源 " 的痛点吗?

如果说现在的电动车能像汽油车一样,在几分钟之内就能充满电的话,那可能满大街跑的电动车就会让我们目接不暇了。但事实上,正是因为电动车充电速度慢、续航里程较短且市区内的充电桩并不那么方便使用的原因,我们现在才要在电动车之外,继续提出一个燃料电池车的技术路线。

丰田燃料电池车 Mirai 的构造图

在国际上,燃料电池(本文以后提及的所有燃料电池,均默认为氢燃料电池)在或早或晚的时候,几乎被那些主流汽车品牌都研究了一个遍,但是最后生下来把燃料电池车量产并 " 圈地 " 试用的,眼下只有丰田和本田这两个日本汽车品牌。

相比于传统的燃油车(关于燃料电池的工作原理在网上资料很多,车云菌这里就不赘述了),燃料电池车最大的优势就是清洁、安静和高效率(一般燃料电池系统的效率可达 40%-60%),其使用氢气(H2)作为燃料,通过化学反应生成电来驱动车辆,而最终生成物只有纯水(只要排水管道足够干净,这些水都可以直接饮用)。

相比于纯电池车,燃料电池车也可以像传统燃油车一样,在加气站迅速加满氢气燃料而不需要慢慢地等电池充满;同时,只要气罐的容积足够大,耐压标准足够高,燃料电池储满高压氢气一口气跑 500 公里以上都不是问题;此外,相比于电池车在达到使用年限后,在眼下还没有找到出路的电池回收问题,燃料电池技术却可以保证整个系统的回收再利用。

不过、既然燃料电池有这么多的好处,那为什么没有大行其道呢?这其中一定有缘由!

1、现阶段燃料电池系统技术复杂,体积较大

在燃料电池中,质子交换膜和基板是燃料电池的两个核心组成部分(这两个零部件直接决定了燃料电池的寿命),由于燃料氢气需要依靠这两个部分来发生化学反应,生产出驱动电机的 " 电子 ",这就意味着燃料电池从开始工作到顺利生产出 " 电 " 来,中间存在一个时间迟滞(目前国产的燃料电池,可以把这个滞后控制在 10 秒左右),考虑到车辆不可能在踩下油门踏板 10 秒钟之后才起步,所以燃料电池车必须像电动车一样,搭载一块相对小一点儿的储能电池。

质子交换膜

碳基复合板

这就意味着,凡是电动车上必须的设备(包括给电池系统降温的散热器),燃料电池车上也都必须有,这就决定了燃料电池车的技术相对更加复杂。而且,由于燃料电池的燃料气罐不能像电池车的电池组那样容易控制形状,因此燃料电池车必须给高压气罐设计一个适合储存的安全位置(通常做法是设计在后排乘客的屁股底下)。

2、燃料电池的制造成本在逐步降低,但依然很高

由于燃料电池对贵重金属(铂金)的需求较高,且国内能生产燃料电池两个核心组成部分的企业很少(国内只有山东东岳实现了质子交换膜的关键技术突破,国际上有 3M 和杜邦等公司可以生产高标准的膜产品),所以从国际和国内两个角度来讲,现阶段燃料电池的制造成本降不下来,直接导致燃料电池的发电成本也居高不下。

氢璞的燃料电池电堆

2006 年,奔驰在北京投放的燃料电池大巴,单车造价超过 1000 万人民币,而眼下国内一辆商用燃料电池车的电池系统价格达到了 80-90 万人民币,折算下来,预计国内燃料电池行业每千瓦的成本也在 1000-2000 美金左右,相比较丰田公司的燃料电池成本在 100-200 美金 / 千瓦的水平,国内燃料电池的技术水准和制造工艺依然有很大的提升空间。

3、眼下国内缺少适宜乘用车使用的燃料电池技术

对燃料电池来说,根据基板材质的不同,可以分为几个不同的种类。

碳基复合板——以碳为主要材质做成的基板,此类基板组成的燃料电池(下图)有稳定、导电导热性好的特点,但由于碳基板相对较厚(为保证强度),所以相应的燃料电池组尺寸也同步增大,这就导致了能量密度的降低,使这类基板组成的燃料电池系统,只能用于一些对体积要求不高的商用车(客车或货车)。

金属复合板——以金属材质构构成的基板,具有强度高,单片薄和低温启动速度快的特点,这就允许燃料电池组(下图)更易实现轻量化,更高的能量密度(比碳基板提高至少 50%)和反应速度。但是由于金属复合板在燃料电池的工作环境中不耐腐蚀,寿命短,发热稳定性不好,工作时表面电阻大,所以以金属复合板构成的燃料电池系统对技术的要求更高。

钛板——用金属钛制成的燃料电池基板,融合了以上碳复合基板和金属复合板燃料电池的诸多优点,但唯独在成本这一方面上做不到喜大普奔,所以用钛板打造的燃料电池系统,只能用在不差钱的行业上,比如驱动一架造价不菲的无人机(绝非大疆之流)。

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