FuelCell的另一种玩法,燃料电池增程技术

車誌露露 2024-02-10 07:32:57

关于“电池电动、燃料电池,到底谁才会是未来发展方向”的争论,在全球范围一直没有停歇过。在国内,随着国家的新能源补贴政策推行,不少打着“新能源”旗号的新势力车企崛地而起,再加上近年来在各路媒体的不断“热情追捧”之下,在国内早已经形成了一个“电池电动便是未来”的假象。虽然,在近几年时间中,电池车确实占据了国内汽车市场的部分份额,但请各位回想一下,国家似乎并没有出台过任何关于BEV为未来主推技术的相关文献,也就是说连咱们国家都还在探索阶段,任何形式都只是一种过渡,那有什么好吹嘘和追捧的呢?另外,在新势力们仍然花费这大价钱鼓吹风向时,不少车企已经在向燃料电池的技术进行研究和测试,甚至已经把一台完整车型带到观众的眼前。例如早在上个月(2023年11月)刚结束的广州国际车展中,广汽传祺带来了广汽传祺E9氢燃料车型;又例如东风启辰发布了大V氢境。这两个摆在眼前的鲜活例子无一不说明着,氢燃料电池商用的可行以及它的时代即将来临。

图:这台便是雷诺于2022年发布的Scénic Vision概念车型,这台车可以说是雷诺电动车阵型的一台新世代车型,它的新世代所指的并非单纯电动,而是结合了燃料电池技术的形式。

图:概念中,它是一台燃料电池增程式电动车型,它搭载燃料电池作为增程器辅助锂电池运作。

不过,虽然我们对氢燃料电池技术抱有信心,但如果从技术上来看,燃料电池技术的问题也是我们不能忽视的。例如燃料电池的成本相比目前的BEV而言要更高。这不仅是制氢、运输之类的外部成本,而是反应堆的质子膜和用以储存氢的氢罐材料的成本就已经很高了。除此之外,燃料电池还有一个问题,那就是它的反应速度。由于它是通过化学还原形式来生成电,这比其仅作为储能的电池的放电速度慢,这使燃料电池更难应对电压波动大的情况,而汽车的使用环境正是如此,所以氢燃料电池也好、其他燃料电池也好,面对这种情况仍然是需要攻克的。当然,这些已知的问题全球各大车企都在研究,而且不论是国内还是国外都有发表过关于应对这个问题的文章。而经过探索和研究,一些新想法也被车企试图运用到新世代的汽车上,例如早在2022年5月19日,在2022年巴黎车展上亮相的雷诺Scénic Vision概念车就是其中之一。

雷诺Scénic Vision概念车可以说是雷诺电动阵型的新世代车型,这台车的概念主打是环保,所以车上有近70%的内饰部件都由回收材料重制而成。不过,这并不是重点,重点是它是一台由氢燃料电池与锂电池结合的氢燃料电池增程式电驱车型。它搭载了一个40KWh的锂电池组,还拥有一个15kW氢燃料电池堆作为增程器,使这台车预估续航里程约为800公里。从数据上而言,这台车超越了目前的大部分电池车以及氢燃料电池车型,而且从使用上来说,它也比目前的电池车更具有优越性和便利性。官方说这台车预计于2024年上市,但可惜雷诺最终只是推了一台搭载镍锰钴的电池车Scénic E-Tech出来。

图:小编在一篇由中国科学技术大学自动化系的多名博士发表的《新能源与智能交通的理论、方法与应用》刊物中,找到了关于燃料电池与锂电池系统结合的相关理论,刊物中提出了多种不同的构想和研究。而上图这种就与Mirai的结构和工作原理极为相似。

如果单论技术来说,以氢燃料电池作为增程器,锂电池作为储能的这种结合方式并非不可行。小编在寻找关于雷诺Scénic Vision资料时也找到了不少关于燃料电池与传统电池混合的理论。正如咱们前面所说,燃料电池还原发电的形式对于电压波动较大的情况应对能力还是会比较差,长期使用会直接影响到燃料电池的寿命,因此它需要拥有额外的辅助部件来作为辅助。像雷诺Scénic Vision概念车所搭载的锂电池,或者是不少搭载启停系统车型上所拥有的超级电容就是很好的辅助。锂电池有着储能和放电速度更快的优势,燃料电池作为发电器,可为锂电池充能,在行驶中通过锂电池来应对电压波动大的情况,保障了燃料电池的寿命,同时电池车的动能回收也可以为电池重复补充电量增加续航,而更重要的是加氢的速度与加油相近,降低了续航忧虑。至于超级电容,其相比起锂电池来说其功能就相对单一,它有着很强的响应性,因此它在突发大电压输出时会起到更好的响应作用,但它却并不具备储能。

图:这种是燃料电池与超级电容(Ultra-Capacitor)的结合,这种模式存在两大问题,第一是超级电容无法像电池组般储存更多的能量,第二是超级电容制造成本比锂电池更昂贵。

燃料电池再加锂电池,这与丰田Mirai上所搭载的氢燃料系统有什么区别呢?大家都是拥有氢燃料电池堆也拥有锂电池。其实,虽然大家所搭载的零部件是相同,但实际上其驱动的形式是不同的,Mirai是一台氢燃料电池直驱的车型,它通过反应堆输出的电力会直接通过PCU控制驱动车辆而其所搭载的锂电池,其作用是在加速时提供辅助,这就好像是超级电容的作用,也正因为Mirai是一台氢燃料直驱车型,因此它所需要的氢也更多,也无法对续航进行补充,因此其续航里程也仅为600多公里左右。而理论上来说,雷诺Scénic Vision的这种以氢燃料电池作为增程器的做法,则可以减少了氢的储存量,而且让氢燃料电池平稳发电还可以让燃料电池的寿命得以保证。

图:上图这种便是符合形式,既然可以通过锂电池来储存、功放更加入了超级电容在高动态波动时进行辅助,但这种形式应该会比单一形式要求更高。

从科学理论上来说,氢燃料电池作为增城与传统BEV结合的方式或是个不错的选择,但目前这些都只是理论上的说法,一切还需要到这套系统真正实现,有实际数据支撑才有说服力。而且这套系统相比Mirai这种燃料电池直驱的形式要更复杂,因此从技术、成本等都需要攻克。我们会认为燃料电池相比起普通电池更应该被关注,是因为BEV是一项非常古老近乎落后的技术,多年也没有多少突破性的改进。而关于燃料电池的应用还有非常广阔的路子可以进行开拓,可以说是一项极具潜力的技术。所以,我们为什么要向后望呢?

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