燃料电池汽车发展现状——燃料电池汽车VS电池电动汽车，以及各大汽车制造商的行动

编译/夏溦

燃料电池汽车发展现状
——燃料电池汽车VS电池电动汽车，以及各大汽车制造商的行动

编译/夏溦

燃料电池汽车被视为是电动汽车，但又与电动汽车存在着许多不同点。本文将首先阐述燃料电池汽车与电池电动汽车的异同点，随后主要介绍几个大的汽车制造商的燃料电池汽车发展情况，以让读者对目前全球燃料电池汽车的发展现状有一个全面的认识。

燃料电池汽车VS电动汽车

由于完全由电力驱动，燃料电池汽车被认为是电动汽车（EV），但两者又存在着很多不同点。

首先，燃料电池与可充电电池相似。燃料电池和充电电池都是通过电化学，将物质或化合物转化为化学能源的装置。充电电池和燃料电池中的电化学反应被控制，产生的污染物几乎为零。这两者之间的区别在于对燃料的存储。充电电池将内部存储的有限数量的化合物转化为电能。当被充电时，电池中为产生电能而消耗的化学物质可以再重新生成。而燃料电池是将外部存储的化合物转化为电能，这一化合物通常是储存在车载罐中的氢。卡内基-梅隆大学的机械工程师Shawn Litster表示，使用燃料电池，可以将能量转换从能量存储中分离出来。

其次，在燃料电池车辆设计过程中，汽车制造商通过改变燃料电池的大小来控制车辆的功率，通过改变氢燃料罐的大小来控制车上能量储存量。这不同于可用的功率和能量都与电池尺寸密切相关的电池电动汽车。

另外，与其他电动汽车不同，燃料电池汽车的巡航范围和加油过程都能与传统汽车媲美。可以说，相比通过插电的方式来为电池充电的电池电动汽车，燃料电池汽车结合了快速、集中加油和更长的驾驶范围，使得燃料电池特别适用于有长距离要求的大型车辆，或者是那些在家中无法插电充电的司机。但是，不同于燃料电池汽车，电池电动汽车可以使用现有的基础设施来充电，虽然插电时间较长。

丰田公司对燃料电池的倡导，正是尽一切努力说明电动汽车和燃料电池汽车并不是相互排斥的，相反，它们将在一定范围内，被认为是“零排放”的一系列技术中共存，有互补优势。电池电动汽车可以在家里充电（或者越来越多的在工作地充电），经常可以利用现有的电力基础设施。他们往往是方便、清洁、高效且低成本的轿车和舱盖式汽车，适合城市通勤环境。而氢燃料电池汽车的加油方式与传统汽车类似，与许多电池电动车辆相比，可以有更远的行驶距离。当有合适的加油基础设施时，燃料电池是较大车辆、较长行驶距离，以及缺乏家庭充电装置的司机的一个很好的选择。

可充电电池、燃料电池和内燃机是不同的技术，电池电动汽车由可充电电池供电，燃料电池电动汽车主要依靠燃料电池供电，而内燃机车辆依靠燃料的燃烧。下图清晰地总结了燃料电池与充电电池和内燃机机有什么区别。

各大汽车制造商的行动

早在1966年，通用汽车（GM）就开发了世界上第一辆燃料电池公路车辆——Chevrolet Electrovan。该车使用聚合物电解质膜燃料电池，行驶里程范围约120英里，最高速度可达70英里/小时。由于成本过于高昂，该车只生产了一辆。现在，随着对燃料电池的关注，全球多家汽车制造商都有关于发展燃料电池汽车，以及将其商业化的计划。表1列出了2008年以来发布的主要车型。

丰田 认识到氢气作为一种清洁能源的巨大潜力，丰田汽车公司一直在积极开发和生产燃料电池汽车（FCV）。该公司相信，氢气能帮助他们为汽车的未来100年做出贡献。

丰田汽车通过氢气实现可持续移动性的努力始于1992年，甚至早于Prius的发布。2002年，丰田汽车公司在日本和美国有限地销售世界上第一批燃料电池汽车，Toyota FCHV。同时，丰田汽车公司将其混合动力汽车技术应用到燃料电池汽车的开发过程中。

2014年11月，丰田公司的燃料电池汽车Mirai（“Mirai”在日语中是未来的意思）在洛杉矶车展首次公开亮相，这是世界上第一个出现在大众市场的燃料电池汽车。在日本，政府和企业客户从2014年12月15日已经开始可以购买丰田Mirai。在美国的销售计划于2015年秋天始于加利福尼亚州，随后在2016年上半年扩散到东北部的五个州。在欧洲市场的销售预定在2015年9月。针对此计划，丰田公司计划生产700辆Mirai用于支持其2015年全球销售，其中400辆用于日本国内销售，200辆在美国，50到100辆在欧洲。

丰田Mirai使用丰田燃料电池系统（Toyota Fuel Cell System，TFCS），它以燃料电池技术和混合动力技术为特点，包括专有的由丰田开发的组件，如燃料电池组，燃料电池升压转换器，和高压储氢罐。该系统比内燃发动机更高效，并且行驶过程中不会排放二氧化碳或其他有害物质。系统能在9秒内让Mirai的速度从0增到60英里，从25英里/小时到40英里/小时仅需要3秒。Mirai氢燃料电池电动汽车重新注满氢气需要3～5分钟，满箱情况下行驶距离达到300英里（约482公里），完全可以与传统的汽油发动机车辆媲美，预计燃油经济性约为60MPGe（等价油耗）。此外，在紧急情况下，Mirai可以作为一个大容量电源设备进行供电。它能提供约60千瓦时的电力，最大直流输出功率为9kW。

同时，Mirai还具有适合下一代汽车的功能先进齐全的驾驶辅助和安全系统，如带有毫米波雷达预碰撞系统（如果检测到可能会发生碰撞，会通过警报或制动控制来帮助防止碰撞，或是减少碰撞损伤），车道偏离警告系统（使用摄像头检测白色或黄色车道标记，并在车辆将要偏离其车道时提醒司机），启动控制（在换挡操作过程中，限制突然启动或突然加速），和盲点监视器（使用雷达来探测在相邻车道的车辆，并在改变车道时帮助确认后视图）。

在美国，Mirai的售价为5.75万美元。另一种获取方式是以每月499美元的价格租赁36个月，并在契约签订时预付3649美元。而联邦政府和加利福尼亚州类似于电动汽车的优惠政策会降低实际有效价格至4.5万美元以下。丰田集团副总裁兼总经理Bill Fay表示，公司希望到2017年底，在美国共出售3000辆Mirai。

表1：2008年以来发布的主要燃料电池汽车车型

本田 本田公司于2008年开始生产FCX Clarity，在日本和加利福尼亚南部的客户可以租赁该车型。2014年，本田宣布停止生产FCX Clarity，而改为2015型号。从2008年到2014年，本田公司在美国共出租了45辆FCX Clarity。2015年1月，在底特律举办的北美国际汽车展上，本田展示了其燃料电池汽车概念。2015年6月15日，本田汽车公司表示，该公司计划在未来几年内推出一款主流氢燃料电池车辆、一款新的插电式混合动力汽车以及一款新的电池电动汽车，而其推出新燃料电池汽车计划是在2016年。

尽管美国氢燃料加注站的网络有限，但美国本田公司执行副总裁John Mendel相信美国将会发展出一个庞大的氢燃料汽车市场，尤其是目前政府对氢气的支持强于对天然气的支持。

福特 福特汽车公司致力于燃料电池汽车的研发与技术示范的时间已经超过了十年。从2005年到2009年，福特参加了由美国能源部（Department of Energy，DOE）部分资助的一个科技示范项目，同时也参与了加拿大和欧洲的一些由政府支持的示范项目。在这些项目中，总共运行了30辆福特Focus燃料电池汽车。这些车被用来进行测试，以证明技术可行性、性能耐久性和可靠性。由这些车中收集而来的数据对于福特进一步发展燃料电池技术至关重要。基于在第一代燃料电池技术中获得的知识，福特公司的更新一代的燃料电池技术已经完成开发和实验室验证。这些新一代技术可以提高燃料电池推进系统的稳固性和“冻结启动”能力。

福特公司认为，要让氢燃料电池汽车与市场上现有的车辆技术竞争，仍需要克服一些挑战，而其中最大的挑战是燃料电池的成本和耐用性。另外，与氢燃料和车载氢存储技术相关的成本和可用性也是相当大的挑战。鉴于要实现商业化面临的重大挑战，福特公司重新划分其内部资源的优先级，以便将精力集中核心燃料电池研究，其中包括要解决成本和耐用性挑战的材料开发和基本科学研究，这将有助于提高燃料电池汽车商业化的潜力。

2013年1月，福特公司宣布与戴姆勒公司和日产汽车公司建立合作伙伴关系，加速燃料电池技术的商业化。合作将共同开发通用的燃料电池系统，通过最大化设计通用性，利用产量及其产生的效率而带来的规模经济，将能降低技术成本。这项合作可能会导致最早在2017年推出世界上第一款可负担得起的、面向大众市场的燃料电池电动汽车。

同时，福特依然继续在核心燃料电池方面的研究。福特的材料研究主要集中在膜电极组件（membrane electrode assembly，MEA）和双极板，这些构成了燃料电池组成本和/或耐用性的关键因素。例如，福特正在开发一种新的燃料电池催化剂，它将能大大减少贵金属，例如铂的使用。膜电极组件研究对于优化燃料电池组的操作条件、减少系统复杂性也至关重要。福特也正在研究以材料为基础的车载氢存储技术，其中包括复杂的氢化物和新型氢吸附技术，这可能最终实现更高的能量密度和更低的成本。

宝马 自从2011年与丰田建立伙伴关系之后，2015年7月，在一个法国的媒体活动中，宝马公司展示了其第一个氢燃料电池汽车原型，即内置了丰田汽车公司燃料电池技术的宝马5系列Gran Turismo演示汽车。同时展示的还有一辆大量改动的i8跑车。

在欧洲的测试赛道上，氢动力宝马车的行驶里程范围达到500公里（310英里）。在2015年，宝马将开始在道路上测试其氢动力原型车，并预计要有几年的开发时间。

在技术上，宝马已经完全可以让燃料电池汽车上路，但是，目前还太昂贵。宝马公司的动力总成研究负责人Matthias Klietz表示，宝马将在2020年后提供技术成熟并为客户准备就绪的燃料电池电动汽车。相比于其合作伙伴丰田公司小批量面市Mirai，宝马公司至少晚五年。

日产 自从要雄心勃勃的计划成为世界上最高产量的电池电动汽车制造商，日产汽车公司对氢燃料电池的兴趣一直不大。2013年1月，日产与戴姆勒和福特汽车公司形成了一个三方燃料电池合作伙伴关系。但日产的重点仍然是电动汽车，其Nissan Leaf是迄今为止世界上销量最高的插电式电动汽车。不过，在这份声明涵盖的基础设施项目中，日产显然正在计划最早在2017年开始销售燃料电池汽车。

随着燃料电池技术的发展和氢燃料基础设施的完善，相信各大汽车制造商会更加竞争激烈地要在燃料电池汽车市场上分一杯羹，并共同为全球的环境保护以及能源的可持续发展做出贡献。