什么汽車的未來將屬于燃料電池?

日期:2017/12/1 11:44:15

       什么汽車的未來將屬于燃料電池?

       簡單的回答:行駛范圍,適應性(溫度)和加注時間將使氫燃料電池領先于競爭(電動車)

       加注:用氫氣加注燃料電池車輛很像加油傳統車輛:它可以在幾分鐘內在適當的泵完。在能夠分配氫氣的站點,如華沙這樣的站點,在歐洲,北美和亞洲的數量正在增加。

       你必須完全不感興趣的汽車或任何其他類型的交通,不能意識到汽車正在經歷一個重大轉型。它們不再僅僅基于石油燃料通過內燃機燃燒。如今,消費者通常購買部分或完全依靠電力運行的車輛。

       這種巨大變化背后有不同的力量。例如,電動車輛減少了污染物的排放,降低了當地空氣質量和二氧化碳的排放,這對改變氣候有重大作用。

       有利于電動車輛的另一個原因涉及國家安全。充足的石油供應僅在世界上某些地區發生。因此,缺乏這些自然資源的國家如果繼續利用燃燒汽油或柴油燃料的車輛,將仍然處于政治和經濟劣勢。這就是我們談到的國家能源戰略保持在卡車上:尼古拉汽車公司最近發布了燃料電池動力的尼古拉一號,它能夠在一次加注行駛超過1200公里。

       最后的原因,化石燃料-石油的資源正在慢慢耗盡和消失。一旦社會達到供不應求情況,價格就會上漲。物以稀為貴! 所以,難怪真的美國正在加速轉向電動汽車。

       電動車可分為三組。當今最常見的是混合動力,它們結合了電池,電動機和內燃機。雖然這些車輛具有許多優點,特別是高效率,但除了插電式混合動力車以外,所有的動力都還是來自石油基燃料。

       第二組是電池電動車輛,或BEV,如Nissan LEAF和Tesla Model S,它們現在是相當常見的。雖然用于為電池充電的電力主要來自化石燃料,但BEV是有利的,因為它們比具有內燃機的汽車更有效地使用了該能量。電網也在轉向更多的可再生能源,進一步減少與BEV相關的碳標志。

       第三個新興類別包括剛剛出現的燃料電池電動汽車或FCEV,但正如我在下面所論述的,代表大多數人最終選擇作為其主要汽車的電動車輛。前瞻性汽車制造商現在生產BEV和FCEV,但沒有大量的爭議和形成競爭態勢,這只會使情況更混亂。所以在這里,我想澄清不同技術的相對優勢,并與你分享如何看待電動個人交通發展。

       混合動力和電池電動汽車是很普通的,現在我不需要說太多關于他們的工作原理。燃料電池電動車仍然是稀罕的,因此,讓我更充分地描述他們如何工作。
       燃料電池車輛不是依靠燃燒來驅動活塞,而是像在混合動力汽車中那樣為發電機提供電力,而且是使用電化學來直接發電。這通過采取儲存在車上的壓縮氫氣并將其與來自空氣的氧氣組合來實現。反應的產物是為車輛供電和生成水,通常生成水以水蒸氣形式通過尾管排出。因為沒有燃燒,避免了高溫,并且不產生來自常規車輛的煙霧誘導污染物氮氧化物。并且因為燃料中沒有碳,也就沒有了烴,一氧化碳或二氧化碳從尾管中排出。

內部工作:豐田的燃料電池動力Mirai的許多關鍵部件位于客艙的下面或后面,雖然電動馬達位于前面,在引擎蓋下。

       此外,燃料電池電動車輛具有非常高的效率,是目前的平均汽油動力汽車的三倍以上。其范圍和加油時間與常規汽車相當,其燃料可以以各種直接的方式生產,并且其傳動系實際上不產生振動。

聽起來很吸引人,不是嗎?你可能想知道如何開始駕駛。如果你在正確的位置(地理位置),你現在就可以試駕,F代圖森SUV的燃料電池版本自2014年6月起在加州出售。自2015年10月起,豐田FCEV開始銷售和出租,豐田的四

轎車FCEV名為“Mirai”。本田在本月已經開始了其FCEV清晰在加利福尼亞銷售和出租。

       當然,你需要的不僅僅是得到車 - 你還需要一個地方可以加燃料。在美國,加州能源委員會正在開發必要的加氫基礎設施,預計到2016年年底將有27個氫氣加氣站在這里運行,到2017年年底將超過44個,到2020年將達74個在美國其他地方需要氫燃料基礎設施正在由美國能源部支持的H2USA解決。

混合動力:豐田普銳斯的銷售,全球領銜的混合動力傳動系統,大約十年來真正起飛。豐田的混合動力系統使燃料電池驅動的汽車成為可能。

       在歐洲,目前有幾十個氫氣加注站正在運行,一個名為Hrogenrogen Mobility Europe的計劃正在努力推動加氫站建設,增加這一數量。截至2016年中期,日本有80個氫氣站,政府希望在2020年東京夏季奧運會之前大幅提高這類設施的數量。

       現代,豐田和本田的燃料電池車可能是走了條新路,但他們攜帶的大部分技術不是全新的,因為這些車與現有的電池電動車有很大的共同點。 FCEV和BEV都有電動傳動系統和電池組。并且都采用再生制動,這是電動汽車的關鍵節能屬性。但它們在根本上不同在于電池電動車,在充電或加注所需的時間上,在行駛里程上,以及擴大車輛尺寸的能力方面都表現出競爭力。

       首先考慮電力的來源。 BEV僅由其他地方產生的電力供電,然后存儲在電池組中,而FCEV由氫氣提供動力,氫氣是由車輛的燃料電池發動機轉換為電力。雖然氫燃料電池產生電力,但是FCEV還需要電池組來向驅動電動機提供能量浪涌并且吸收由再生制動產生的電。與BEV所需的電池數量截然不同,FCEV電池只需要具有適度的數量,如今天在混合動力汽車中的數量。

       大多數BEV的范圍在65和320公里(40和200英里)之間,具體取決于型號,影響行駛距離的因素很多,如溫度,冷的或熱的負載,車輛行駛的速度,以及前大燈和其他電氣附件的使用量。富裕的電動汽車愛好者可以購買特斯拉Model S或Model X,據報道它們的范圍接近480公里。這接近了FCEV和常規車輛的范圍,通常在一罐氫可以從480公里行駛到640公里。

       自2014年以來,加州人已經能夠從現代租賃一輛燃料電池動力的圖森SUV。

       當高壓電源可用時,BEV需要1小時到超過4小時充電,使用標準的120伏家用插座需要超過6小時。汽車裝備接受直流“快速”充電大約30分鐘。 而FCEV在不到5分鐘內完全充滿氫氣。

BEV非常適合輕型車輛,并正在出現用于在適度范圍的路線上的貨車和公共汽車。如果需要更大,更長距離的車輛供電就可能有問題,必須增加更多的電池容量。電池重量增加了,這又要求車輛配備更大的電機,更強的懸架和更好的制動器以保持相同的性能 - 所有這些都又增加了更多的重量,這意味著需要更大的電池。這是一個惡性循環,最終變得不可支持和不可救藥,當設計一個大型車輛的長距離行駛范圍。相比之下,燃料電池可用于為幾乎任何尺寸的車輛提供動力,從小型車到SUV,到貨車,到長途拖拉機 - 拖車機頭。

       在尼古拉汽車公司所發生的一切充分說明了這種能力的差異,它曾經打算生產一輛BEV牽引車拖車。在試圖設計這種車輛的現實變得明顯之后,卡車的設計者轉而使用氫燃料電池來獲得動力。剛剛這個月,該公司推出了燃料電池動力拖拉機拖車,稱為尼古拉一號。

       雖然燃料電池汽車剛剛在今天的市場上占有一席之地,但我相信在未來25年內,大多數進入展廳的汽車買家將選擇FCEV作為主要的交通工具,并且由于行駛范圍和加注時間,他們將考慮BEV只作為他們的第二輛車的選擇。

有些人非常不同意我在這里的立場。其中最突出的可能是特斯拉首席執行官埃倫·馬斯克,他狡猾地提到了FCEVs作為“傻瓜車”。

       在2015年有一次,馬斯克提出了他的立場的三個具體原因:對氫的安全性,氫氣缺乏燃料基礎設施和其不可再生的性質的擔憂。我懷疑馬斯克的立場是因為他希望促進特斯拉新興的BEVs系列,這種偏好是對公眾和環境的一種偏見。

       因此,讓我解釋為什么我認為馬斯克的言論是有預設條件。首先,他關于氫氣危險的陳述是被嚴重夸大了。所有車輛能源 - 無論是氫氣,汽油,柴油燃料,天然氣,包括還是電池中儲存的電 - 都有與其相關的安全問題。每個都必須遵守適當的謹慎,規范和標準。

       氫在這方面與其他燃料沒有不同,除了某些特征,在某些方面,使氫比我們在過去幾十年熟悉和適應的汽油燃料更安全。特別地,氫比空氣輕,并迅速向上和向外消散。這與汽油非常不同,汽油在汽車中會積聚在汽車中,如果被點燃,汽油會在火焰中吞噬整個汽車。

       馬斯克對于氫氣缺乏加油站的批評同樣夸張。 BEV和FCEV都需要對我們的交通基礎設施進行全面的改變。對于FCEV,現有的汽油加注站必須能夠分配氫氣,這需要昂貴的設備。但并不是所有的加油站都需要具備這種能力(正如并非所有加油站都配備柴油燃料)。 2013年為加州能源委員會進行的一項研究[PDF]發現,該州只需要68個氫氣站供人們大量購買FCEV。在加利福尼亞州南部,只需要38個這樣的設施。在完全建成時,只有15%的在該州運行的現有汽油加油站需要轉變為氫氣。從這樣的基礎上,加氫基礎設施無疑將隨著FCEV數量的增加而增加額外的便利和容量。

       與氫燃料不同,BEV充電不具有作為部署的天然家庭的加油站。原因很清楚,是因為充電時間太長。然而,充電站安裝在主要目的地,如購物中心和辦公大樓。家庭收費也是可能的,但是對于居住在公寓和公寓中的車主數量的增加是一個挑戰。并且在公共充電站對車輛充電所需的長時間段是有問題的,當一個車輛被拒絕進入充電端口時,通常會產生“充電暴漲”的情況,因為它被另一輛要花費數小時充電的車輛占用,是充滿電但等待其車主從購物返回或完成一天的工作。

       馬斯克最后的批評是,用于FCEVs的氫不是從可再生能源生產的。他又不正確了。今天,根據法律,加利福尼亞州分配的氫氣中有33%是由可再生能源生產的。展望未來,可再生氫分配的百分比將增加,并且最可能在不太遙遠的未來的某個時候,投入車輛的所有氫氣將屬于這一類別。

        這就是為什么這是有道理的:已經有多個可再生氫源,包括從可再生燃料運行的固定燃料電池產生氫,熱和功率(稱為三聯產)。另一個來源,電解,已經很好地建立,并且隨著其擴展,將能夠捕獲和存儲太陽能和風能,否則當所產生的功率超過電網的需求時,太陽能和風能將被削減,棄光棄風。

       實際加油站:在不久的將來,有一天可能有充足的加氫站,每個加油站看起來類似于今天的加油站。

       所存儲的能量然后將可用于FCEV或用于固定燃料電池以滿足電網對功率的需求。電池也將起作用,但是它們沒有能量密度來吸收大量的可用能量,而氫則具有。

       馬斯克認為,電解浪費能源,因為它只有充電電池一半的效率。但是,不是浪費可再生能源資源,而是從風能和太陽能產生氫氣,盡管其相對無效率,但是可以獲得大量的能量,首先這些能量并不會被利用。
盡管馬斯克和其他人的非常公開的反對,大多數汽車制造商為FCEVs占主導地位準備自己的時間表。這些公司意識到,所涉及的容量和成本通常會阻礙大型乘用車以及中型和重型卡車使用電池存儲,而FCEV可以很好地為所有這些部分提供服務。主流汽車制造商也清楚地意識到,對于許多人來說,BEV充電只是非常不方便。

也就是說,我不想建議BEV將完全被FCEV取代,因為可用的型號和氫燃料基礎設施擴展。有些人不需要大型汽車或車輛,不需要長途旅行,沒有冗長的充電站。對于許多房主來說,在夜間在車庫里充電很容易,BEV將為市場的這一部分提供很好的服務。

       所以這不是一種類型的電動車占優勢的另一個問題;谀壳暗能囮牶筒粩嘧兓氖袌鲒厔,我預計FCEVs最終將比BEV更常見普及,但這將可能需要幾十年,毫無疑問。即使這種情況發生,BEV的數量,許多代表第二輛車,毫無疑問是巨大的。

       由于現代,豐田,本田和其他制造商的努力,Elon Musk不必感受到剛剛進入主流汽車市場的FCEV的許多有吸引力的特征。是的,這需要很長時間,但氫燃料電池電動車的時代已經開始。


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