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什么汽车的未来将属于燃料电池?

日期:2017/12/1 11:44:15

       什么汽车的未来将属于燃料电池?

       简单的回答:行驶范围,适应性(温度)和加注时间将使氢燃料电池领先于竞争(电动车)

       加注:用氢气加注燃料电池车辆很像加油传统车辆:它可以在几分钟内在适当的泵完。在能够分配氢气的站点,如华沙这样的站点,在欧洲,北美和亚洲的数量正在增加。

       你必须完全不感兴趣的汽车或任何其他类型的交通,不能意识到汽车正在经历一个重大转型。它们不再仅仅基于石油燃料通过内燃机燃烧。如今,消费者通常购买部分或完全依靠电力运行的车辆。

       这种巨大变化背后有不同的力量。例如,电动车辆减少了污染物的排放,降低了当地空气质量和二氧化碳的排放,这对改变气候有重大作用。

       有利于电动车辆的另一个原因涉及国家安全。充足的石油供应仅在世界上某些地区发生。因此,缺乏这些自然资源的国家如果继续利用燃烧汽油或柴油燃料的车辆,将仍然处于政治和经济劣势。这就是我们谈到的国家能源战略保持在卡车上:尼古拉汽车公司最近发布了燃料电池动力的尼古拉一号,它能够在一次加注行驶超过1200公里。

       最后的原因,化石燃料-石油的资源正在慢慢耗尽和消失。一旦社会达到供不应求情况,价格就会上涨。物以稀为贵! 所以,难怪真的美国正在加速转向电动汽车。

       电动车可分为三组。当今最常见的是混合动力,它们结合了电池,电动机和内燃机。虽然这些车辆具有许多优点,特别是高效率,但除了插电式混合动力车以外,所有的动力都还是来自石油基燃料。

       第二组是电池电动车辆,或BEV,如Nissan LEAF和Tesla Model S,它们现在是相当常见的。虽然用于为电池充电的电力主要来自化石燃料,但BEV是有利的,因为它们比具有内燃机的汽车更有效地使用了该能量。电网也在转向更多的可再生能源,进一步减少与BEV相关的碳标志。

       第三个新兴类别包括刚刚出现的燃料电池电动汽车或FCEV,但正如我在下面所论述的,代表大多数人最终选择作为其主要汽车的电动车辆。前瞻性汽车制造商现在生产BEV和FCEV,但没有大量的争议和形成竞争态势,这只会使情况更混乱。所以在这里,我想澄清不同技术的相对优势,并与你分享如何看待电动个人交通发展。

       混合动力和电池电动汽车是很普通的,现在我不需要说太多关于他们的工作原理。燃料电池电动车仍然是稀罕的,因此,让我更充分地描述他们如何工作。
       燃料电池车辆不是依靠燃烧来驱动活塞,而是像在混合动力汽车中那样为发电机提供电力,而且是使用电化学来直接发电。这通过采取储存在车上的压缩氢气并将其与来自空气的氧气组合来实现。反应的产物是为车辆供电和生成水,通常生成水以水蒸气形式通过尾管排出。因为没有燃烧,避免了高温,并且不产生来自常规车辆的烟雾诱导污染物氮氧化物。并且因为燃料中没有碳,也就没有了烃,一氧化碳或二氧化碳从尾管中排出。

内部工作:丰田的燃料电池动力Mirai的许多关键部件位于客舱的下面或后面,虽然电动马达位于前面,在引擎盖下。

       此外,燃料电池电动车辆具有非常高的效率,是目前的平均汽油动力汽车的三倍以上。其范围和加油时间与常规汽车相当,其燃料可以以各种直接的方式生产,并且其传动系实际上不产生振动。

听起来很吸引人,不是吗?你可能想知道如何开始驾驶。如果你在正确的位置(地理位置),你现在就可以试驾。现代图森SUV的燃料电池版本自2014年6月起在加州出售。自2015年10月起,丰田FCEV开始销售和出租,丰田的四

轿车FCEV名为“Mirai”。本田在本月已经开始了其FCEV清晰在加利福尼亚销售和出租。

       当然,你需要的不仅仅是得到车 - 你还需要一个地方可以加燃料。在美国,加州能源委员会正在开发必要的加氢基础设施,预计到2016年年底将有27个氢气加气站在这里运行,到2017年年底将超过44个,到2020年将达74个在美国其他地方需要氢燃料基础设施正在由美国能源部支持的H2USA解决。

混合动力:丰田普锐斯的销售,全球领衔的混合动力传动系统,大约十年来真正起飞。丰田的混合动力系统使燃料电池驱动的汽车成为可能。

       在欧洲,目前有几十个氢气加注站正在运行,一个名为Hrogenrogen Mobility Europe的计划正在努力推动加氢站建设,增加这一数量。截至2016年中期,日本有80个氢气站,政府希望在2020年东京夏季奥运会之前大幅提高这类设施的数量。

       现代,丰田和本田的燃料电池车可能是走了条新路,但他们携带的大部分技术不是全新的,因为这些车与现有的电池电动车有很大的共同点。 FCEV和BEV都有电动传动系统和电池组。并且都采用再生制动,这是电动汽车的关键节能属性。但它们在根本上不同在于电池电动车,在充电或加注所需的时间上,在行驶里程上,以及扩大车辆尺寸的能力方面都表现出竞争力。

       首先考虑电力的来源。 BEV仅由其他地方产生的电力供电,然后存储在电池组中,而FCEV由氢气提供动力,氢气是由车辆的燃料电池发动机转换为电力。虽然氢燃料电池产生电力,但是FCEV还需要电池组来向驱动电动机提供能量浪涌并且吸收由再生制动产生的电。与BEV所需的电池数量截然不同,FCEV电池只需要具有适度的数量,如今天在混合动力汽车中的数量。

       大多数BEV的范围在65和320公里(40和200英里)之间,具体取决于型号,影响行驶距离的因素很多,如温度,冷的或热的负载,车辆行驶的速度,以及前大灯和其他电气附件的使用量。富裕的电动汽车爱好者可以购买特斯拉Model S或Model X,据报道它们的范围接近480公里。这接近了FCEV和常规车辆的范围,通常在一罐氢可以从480公里行驶到640公里。

       自2014年以来,加州人已经能够从现代租赁一辆燃料电池动力的图森SUV。

       当高压电源可用时,BEV需要1小时到超过4小时充电,使用标准的120伏家用插座需要超过6小时。汽车装备接受直流“快速”充电大约30分钟。 而FCEV在不到5分钟内完全充满氢气。

BEV非常适合轻型车辆,并正在出现用于在适度范围的路线上的货车和公共汽车。如果需要更大,更长距离的车辆供电就可能有问题,必须增加更多的电池容量。电池重量增加了,这又要求车辆配备更大的电机,更强的悬架和更好的制动器以保持相同的性能 - 所有这些都又增加了更多的重量,这意味着需要更大的电池。这是一个恶性循环,最终变得不可支持和不可救药,当设计一个大型车辆的长距离行驶范围。相比之下,燃料电池可用于为几乎任何尺寸的车辆提供动力,从小型车到SUV,到货车,到长途拖拉机 - 拖车机头。

       在尼古拉汽车公司所发生的一切充分说明了这种能力的差异,它曾经打算生产一辆BEV牵引车拖车。在试图设计这种车辆的现实变得明显之后,卡车的设计者转而使用氢燃料电池来获得动力。刚刚这个月,该公司推出了燃料电池动力拖拉机拖车,称为尼古拉一号。

       虽然燃料电池汽车刚刚在今天的市场上占有一席之地,但我相信在未来25年内,大多数进入展厅的汽车买家将选择FCEV作为主要的交通工具,并且由于行驶范围和加注时间,他们将考虑BEV只作为他们的第二辆车的选择。

有些人非常不同意我在这里的立场。其中最突出的可能是特斯拉首席执行官埃伦·马斯克,他狡猾地提到了FCEVs作为“傻瓜车”。

       在2015年有一次,马斯克提出了他的立场的三个具体原因:对氢的安全性,氢气缺乏燃料基础设施和其不可再生的性质的担忧。我怀疑马斯克的立场是因为他希望促进特斯拉新兴的BEVs系列,这种偏好是对公众和环境的一种偏见。

       因此,让我解释为什么我认为马斯克的言论是有预设条件。首先,他关于氢气危险的陈述是被严重夸大了。所有车辆能源 - 无论是氢气,汽油,柴油燃料,天然气,包括还是电池中储存的电 - 都有与其相关的安全问题。每个都必须遵守适当的谨慎,规范和标准。

       氢在这方面与其他燃料没有不同,除了某些特征,在某些方面,使氢比我们在过去几十年熟悉和适应的汽油燃料更安全。特别地,氢比空气轻,并迅速向上和向外消散。这与汽油非常不同,汽油在汽车中会积聚在汽车中,如果被点燃,汽油会在火焰中吞噬整个汽车。

       马斯克对于氢气缺乏加油站的批评同样夸张。 BEV和FCEV都需要对我们的交通基础设施进行全面的改变。对于FCEV,现有的汽油加注站必须能够分配氢气,这需要昂贵的设备。但并不是所有的加油站都需要具备这种能力(正如并非所有加油站都配备柴油燃料)。 2013年为加州能源委员会进行的一项研究[PDF]发现,该州只需要68个氢气站供人们大量购买FCEV。在加利福尼亚州南部,只需要38个这样的设施。在完全建成时,只有15%的在该州运行的现有汽油加油站需要转变为氢气。从这样的基础上,加氢基础设施无疑将随着FCEV数量的增加而增加额外的便利和容量。

       与氢燃料不同,BEV充电不具有作为部署的天然家庭的加油站。原因很清楚,是因为充电时间太长。然而,充电站安装在主要目的地,如购物中心和办公大楼。家庭收费也是可能的,但是对于居住在公寓和公寓中的车主数量的增加是一个挑战。并且在公共充电站对车辆充电所需的长时间段是有问题的,当一个车辆被拒绝进入充电端口时,通常会产生“充电暴涨”的情况,因为它被另一辆要花费数小时充电的车辆占用,是充满电但等待其车主从购物返回或完成一天的工作。

       马斯克最后的批评是,用于FCEVs的氢不是从可再生能源生产的。他又不正确了。今天,根据法律,加利福尼亚州分配的氢气中有33%是由可再生能源生产的。展望未来,可再生氢分配的百分比将增加,并且最可能在不太遥远的未来的某个时候,投入车辆的所有氢气将属于这一类别。

        这就是为什么这是有道理的:已经有多个可再生氢源,包括从可再生燃料运行的固定燃料电池产生氢,热和功率(称为三联产)。另一个来源,电解,已经很好地建立,并且随着其扩展,将能够捕获和存储太阳能和风能,否则当所产生的功率超过电网的需求时,太阳能和风能将被削减,弃光弃风。

       实际加油站:在不久的将来,有一天可能有充足的加氢站,每个加油站看起来类似于今天的加油站。

       所存储的能量然后将可用于FCEV或用于固定燃料电池以满足电网对功率的需求。电池也将起作用,但是它们没有能量密度来吸收大量的可用能量,而氢则具有。

       马斯克认为,电解浪费能源,因为它只有充电电池一半的效率。但是,不是浪费可再生能源资源,而是从风能和太阳能产生氢气,尽管其相对无效率,但是可以获得大量的能量,首先这些能量并不会被利用。
尽管马斯克和其他人的非常公开的反对,大多数汽车制造商为FCEVs占主导地位准备自己的时间表。这些公司意识到,所涉及的容量和成本通常会阻碍大型乘用车以及中型和重型卡车使用电池存储,而FCEV可以很好地为所有这些部分提供服务。主流汽车制造商也清楚地意识到,对于许多人来说,BEV充电只是非常不方便。

也就是说,我不想建议BEV将完全被FCEV取代,因为可用的型号和氢燃料基础设施扩展。有些人不需要大型汽车或车辆,不需要长途旅行,没有冗长的充电站。对于许多房主来说,在夜间在车库里充电很容易,BEV将为市场的这一部分提供很好的服务。

       所以这不是一种类型的电动车占优势的另一个问题。基于目前的车队和不断变化的市场趋势,我预计FCEVs最终将比BEV更常见普及,但这将可能需要几十年,毫无疑问。即使这种情况发生,BEV的数量,许多代表第二辆车,毫无疑问是巨大的。

       由于现代,丰田,本田和其他制造商的努力,Elon Musk不必感受到刚刚进入主流汽车市场的FCEV的许多有吸引力的特征。是的,这需要很长时间,但氢燃料电池电动车的时代已经开始。


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