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丰田氢燃料电池之路 对“完美”的执念

2018年07月27日 20:34

  如今新能源市场可谓遍地开花,无论是新诞生的品牌还是传统车企推出的新能源产品,“新能源”这三个字在密集轰炸着我们的汽车生活。我们常说的“新能源”主要是指纯电动或是混动车型,对于氢燃料汽车似乎了解并不多。其实氢燃料汽车也许正是新能源发展的最终形式——因为它的反应产物只有水。而在氢燃料电池的研发之路上,丰田汽车再次成为领先者。

  (图片来自网络)

  所谓氢燃料电池并不是真的燃烧氢气,而是电池的一种,只不过原理和我们常说的锂电池等有本质区别——氢质子穿透质子交换膜与氧分子结合,在催化剂的作用下发生氧化还原反应,而被阻隔在膜外的电子需要绕到电极板两端,这一过程就产生了电流,同时反应产物只有水。

  FCEV(Fuel Cell Electric Vehicle),即燃料电池电动车的简称。其实早在1893年就已经有人提出了氢燃料电池反应原理并实验证明,但在当时想要应用到汽车领域简直是天方夜谭。直到1994年,奔驰推出了世界上第一款氢燃料电池车NECARI,但高昂的造价成为阻碍氢燃料电池车量产销售的最大问题。又过了10年,在2015年我们才等来了世界上第一款氢燃料电池量产车丰田Mirai。

  为什么说氢燃料电池也许是汽车“最完美”的动力解决方案呢?通过反应式也可以看出,氢氧在催化剂作用下产生电流和水,电流为汽车提供动能,而水就成为唯一的反应产物,同时能量转化率高又没有过多的废热产出,真正做到“零排放”。

  除此之外氢燃料电池还有很多显著优势:氢是世界上最多的元素,氢气来源极其广泛并且是可再生资源;转化效率可超过50%(内燃机转化效率为10%);电池使用寿命长;加注氢气的时间短等等。

  优势突出但现阶段也有比较明显的技术壁垒。首先就是氢气站,想要普及氢燃料电池车必然要大规模建造加氢站,同时氢气运输的要求也非常严格,这方面的成本比较高;其次就是电池反应堆中的催化剂必须是贵金属——铂,暂时没有其它物质可以替代,同时对氢的纯度要求极高(99.99%)。

  对于高成本以及技术壁垒,丰田给出了现阶段比较高效的解决方案,所以才有Mirai出现,丰田的FCEV之路走了20年,一路风雨终见彩虹。

  丰田对于氢燃料电池车的探索从90年代就开始了,到2002年丰田就已经开始在日本、美国限量发售氢燃料电池车“丰田FCH”;2008年针对特定用户销售的“Toyota FCHV-adv”,把一次加氢后的最大行驶里程从以往的330km提高到了830km,并且能在零下30度的低温地带启动行驶;第一款量产的氢燃料电池车是“MIRAI”,2014年12月15日在日本正式发售。随后,氢燃料电池巴士也在今年投入市场。

  技术及成本控制上的不断突破,推动着丰田在氢燃料电池领域20年发展。目前在日本,MIRAI最终补贴完的售价在人民币26万元左右,这比氢燃料电池车刚刚起步阶段降低了几十倍。

  丰田于2014年12月在日本开始销售FCEV“MIRAI”,随后从2015年秋季开始将销售范围扩大至美国和欧洲。年产量也从2015年的约700辆,到2016年的约2000辆,再到2017年的约3000辆,每年不断增长。

  Sora拥有极简且颇富科技感的外观设计,配置LED头尾灯组,车头的Fuel Cell Bus显示其为燃料电池车的环保身份。Sora还搭载了加速控制系统,在车辆行驶中的超速或突然加速等不当操作系统会主动介入;此外,到站控制系统还可帮助驾驶精确地指引巴士停到正确位置。

  今年3月,丰田在日本爱知县丰田市的元町工厂投入20台由丰田自动织机公司生产的氢燃料电池叉车(FC叉车),同时在元町工厂新建FC叉车专用加氢站。目前,丰田在元町工厂投入的FC叉车达到22台。同时丰田计划将目前使用的传统动力叉车全部更换为FC叉车,其中,到2020年左右向元町工厂投入170台~180台FC叉车,其他工厂也将大力导入并使用FC叉车。

  丰田提出的目标是,到2020年,使其燃料电池车全球年销量达到3万辆以上。其中,在日本的月销量至少应达到1000辆,年销量至少应达到1万多辆。丰田于2014年12月开始在日本发售燃料电池车Mirai,并计划2017年将该车的年产能提升至3000辆左右;燃料电池巴士方面,丰田计划2016年开始,以东京为中心引入燃料电池巴士,并为2020年东京奥运会及残奥会准备100多辆燃料电池巴士。

  根据氢能源和燃料电池战略协会发布的“氢能源和燃料电池战略路线图”(2016年3月22日修订)的官方目标,到2021年3月之前建设160座加氢站、普及4万辆FCEV。JHyM基于此目标,将业务期设定为10年,首先把到2022年3月的4年时间里建设80座加氢站作为第1期目标,力求在之后继续扩建。

  去年10月,丰田开始启动氢燃料电池车“MIRAI未来”在中国的实证实验。同时,丰田汽车研发中心(中国)有限公司的加氢站也同时落成。

  丰田计划通过2017-2020年的3年时间,利用“MIRAI未来”针对“中国使用环境下的车辆行驶调查”、“氢燃料品质调查”、“各种品质耐久性评测”等方面进行实证实验。丰田希望通过本次实证实验项目,与政府和汽车行业共同摸索、构建“氢能源社会”的各种可能性。

  写在最后:“电动化”是如今汽车行业的发展大方向毫无争议,而丰田作为先行者和领先者,目前已经拥有非常完整的新能源产品线:包括混合动力车HEV、外插充电式混合动力车PHEV、电动汽车EV、氢燃料电池车FCEV在内的全方位“电动化”的环境技术。同时“2050战略”更是为丰田FCEV发展定下时间规划,相信随着技术的不断成熟以及国内政策环境的放开,未来FCEV也将会成为中国新能源市场上的主力军。

(责编:吉吉)
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