鋰離子電池VS燃料電池:誰(shuí)才是電動(dòng)汽車(chē)的動(dòng)力源?

時(shí)間:2016-09-19

來(lái)源:網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)載

導(dǎo)語(yǔ):上世紀(jì)末期,西方國(guó)家展開(kāi)了第一輪新能源汽車(chē)的研究和產(chǎn)業(yè)化浪潮。當(dāng)時(shí),歐美日這三大汽車(chē)生產(chǎn)集團(tuán)對(duì)新能源汽車(chē)的發(fā)展方向有較大的分歧,比如美國(guó)主推“氫經(jīng)濟(jì)”,日本則是把產(chǎn)業(yè)化重點(diǎn)放在自然吸氣技術(shù)和HEV,將燃料電池汽車(chē)作為戰(zhàn)略研究方向。

上世紀(jì)末期,西方國(guó)家展開(kāi)了第一輪新能源汽車(chē)的研究和產(chǎn)業(yè)化浪潮。當(dāng)時(shí),歐美日這三大汽車(chē)生產(chǎn)集團(tuán)對(duì)新能源汽車(chē)的發(fā)展方向有較大的分歧,比如美國(guó)主推“氫經(jīng)濟(jì)”,日本則是把產(chǎn)業(yè)化重點(diǎn)放在自然吸氣技術(shù)和HEV,將燃料電池汽車(chē)作為戰(zhàn)略研究方向。

而以德國(guó)為代表的歐洲車(chē)企則強(qiáng)調(diào)傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)的優(yōu)化和技術(shù)革新,但同時(shí)也投入相當(dāng)多資源進(jìn)行燃料電池汽車(chē)的研發(fā)。事實(shí)上,西方主流汽車(chē)生產(chǎn)商當(dāng)時(shí)都不認(rèn)為鋰電純電動(dòng)汽車(chē)具有可行性。因此,在小布什總統(tǒng)當(dāng)政的8年時(shí)間里,氫能和燃料電池的基礎(chǔ)研究和產(chǎn)業(yè)化在西方尤其是美國(guó)達(dá)到了巔峰狀態(tài)。

歐美之所以一開(kāi)始就選擇燃料電池而不是鋰離子電池,在筆者看來(lái),主要是基于三個(gè)方面的原因。第一個(gè)原因也是最主要的原因,燃料電池在能量密度和功率密度上相對(duì)于二次電池具有絕對(duì)優(yōu)勢(shì),就工況特性而言燃料電池比二次電池更加適合用作汽車(chē)主動(dòng)力源。而當(dāng)時(shí)鋰離子電池動(dòng)力電池才剛剛開(kāi)始研究而已,性能并不理想而遠(yuǎn)未達(dá)到實(shí)際裝車(chē)條件。

另一方面,歐美發(fā)達(dá)國(guó)家一直占據(jù)全球產(chǎn)業(yè)鏈的頂端而謀取高額利潤(rùn),它們認(rèn)為二次電池產(chǎn)業(yè)是一個(gè)低附加值行業(yè)是亞洲人的事情,歐美本質(zhì)上是不屑于發(fā)展這種利潤(rùn)率較低的實(shí)體經(jīng)濟(jì)的。長(zhǎng)期不重視,造成了歐洲和北美缺乏規(guī)模化的鋰電企業(yè),鋰電產(chǎn)業(yè)鏈也一直沒(méi)能建立起來(lái),而歐美在燃料電池領(lǐng)域擁有絕對(duì)優(yōu)勢(shì)地位。

另外,從整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈的角度而言,氫能和燃料電池對(duì)相關(guān)工業(yè)整體水平的帶動(dòng)和提升的確要比鋰離子電池產(chǎn)業(yè)高一個(gè)檔次。那么,歐美當(dāng)初選擇發(fā)展氫能和燃料電池而不是鋰離子電池,也是合乎邏輯的。

歐美的燃料電池汽車(chē)研究和產(chǎn)業(yè)化都是在各大汽車(chē)公司的主導(dǎo)下進(jìn)行的,在全球第一輪燃料電池汽車(chē)開(kāi)發(fā)熱潮中,各大汽車(chē)公司的情況并不一樣。

通用汽車(chē)是全球第一輪“氫經(jīng)濟(jì)”浪潮的領(lǐng)頭羊,GM很早就有電動(dòng)汽車(chē)研發(fā)經(jīng)驗(yàn),全球首輛燃料電池汽車(chē)ChevroletElectrovan就是GM在1966年首先制造出來(lái)的。

跟國(guó)際上其它主流車(chē)企不一樣的是,GM在燃料電池汽車(chē)領(lǐng)域一直是堅(jiān)持自主研發(fā),當(dāng)時(shí)并沒(méi)有選擇與其它車(chē)企或者燃料電池公司合作開(kāi)發(fā)。GM在燃料電池催化劑、MEA以及電堆系統(tǒng)的基礎(chǔ)研究方面都有相當(dāng)?shù)姆e累,在FC-EV整車(chē)方面的實(shí)力則與Toyota不相上下。

Daimler-Benz、Ford、Toyota、VW和Honda則是基于加拿大Ballard公司燃料電池電堆開(kāi)發(fā)了自己的第一代FC-EV,通過(guò)各種燃料電池汽車(chē)示范項(xiàng)目驗(yàn)證了第一代技術(shù)。其中Daimler-Benz和Ford還參股Ballard18%和20%的股份。

韓國(guó)現(xiàn)代則是選擇與美國(guó)UTC公司合作,采用UTC燃料電池技術(shù)開(kāi)發(fā)出自己的第一代FC-EV。第一代FC-EV技術(shù)主要特征是燃料電池功率的密度可以滿足汽車(chē)動(dòng)力要求,壽命在2000~3000小時(shí)范圍,但同時(shí)成本也非常高。

然而,當(dāng)時(shí)EU和DOE的規(guī)劃輕視了諸多技術(shù)、產(chǎn)品和市場(chǎng)轉(zhuǎn)化過(guò)程中的關(guān)鍵問(wèn)題,對(duì)技術(shù)進(jìn)展、基礎(chǔ)設(shè)施、市場(chǎng)培育過(guò)程等問(wèn)題估計(jì)比較樂(lè)觀,當(dāng)這些問(wèn)題遇到障礙時(shí),客觀上影響到政府及產(chǎn)業(yè)界對(duì)燃料電池汽車(chē)產(chǎn)業(yè)化的預(yù)期。

于是2008年奧巴馬當(dāng)選美國(guó)總統(tǒng)以后,美國(guó)政府在新能源和電動(dòng)汽車(chē)的戰(zhàn)略方向就從氫能和燃料電池轉(zhuǎn)向了鋰離子電池,這也就是當(dāng)前的第二輪電動(dòng)汽車(chē)產(chǎn)業(yè)化熱潮,只不過(guò)動(dòng)力系統(tǒng)的技術(shù)路線從燃料電池轉(zhuǎn)換到了鋰離子電池。

伴隨著2008年鋰離子電動(dòng)汽車(chē)的興起,燃料電池汽車(chē)技術(shù)進(jìn)入到第二個(gè)發(fā)展階段,政府資金投入與第一階段相比明顯減小。比如DOE這幾年就削減了燃料電池技術(shù)在汽車(chē)領(lǐng)域的研發(fā)項(xiàng)目資助,僅保留了燃料電池在固定式發(fā)電領(lǐng)域及商用叉車(chē)項(xiàng)目資助。

在FC-EV的第二個(gè)發(fā)展階段,歐美汽車(chē)公司雖然仍然保留燃料電池汽車(chē)的研發(fā)項(xiàng)目,但大多削減了研發(fā)預(yù)算。只有日本車(chē)企一直在堅(jiān)持,最終日本燃料電池汽車(chē)技術(shù)跟HEV電動(dòng)汽車(chē)一樣,再次引領(lǐng)國(guó)際技術(shù)前沿。

總的來(lái)說(shuō),近幾年全球各大汽車(chē)公司紛紛開(kāi)發(fā)出自己的燃料電池電堆技術(shù),并且大幅提高了功率密度,使用壽命也都達(dá)到5000小時(shí)的產(chǎn)業(yè)化基本要求,并且燃料電池汽車(chē)成本大幅下降。

如果我們了解過(guò)去15年歐美在電動(dòng)汽車(chē)技術(shù)路線上的轉(zhuǎn)變,就會(huì)對(duì)當(dāng)今全球電動(dòng)汽車(chē)的發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢(shì)有更加深刻的認(rèn)識(shí)。過(guò)去歐美主流汽車(chē)廠家一直把電動(dòng)汽車(chē)的重心放在FC-EV上,而鋰電產(chǎn)業(yè)鏈在歐洲和北美一直沒(méi)有發(fā)展起來(lái),歐美汽車(chē)公司自然也不可能在鋰電技術(shù)上有多少認(rèn)識(shí)和積累。

而日本的情況則決然不同,由于在二次電池和燃料電池兩大產(chǎn)業(yè)鏈上同時(shí)居于全球領(lǐng)先地位,使得日本一直是全球電動(dòng)汽車(chē)的領(lǐng)頭羊。于是,我們就看到當(dāng)前的全球EV的基本戰(zhàn)略格局:

美國(guó):當(dāng)前國(guó)際上只有Tesla在大張旗鼓地搞LIB-EV,Tesla在鋰離子電池和燃料電池方面都沒(méi)有任何技術(shù)積累,它完全是迫于技術(shù)和成本的現(xiàn)實(shí)問(wèn)題而不得不選擇鋰離子電池,而且是一條劍走偏鋒的18650技術(shù)路線。

GM過(guò)去一直專注于FC-EV,在PEMFC催化劑、MEA和電堆方面都上有很強(qiáng)的技術(shù)積累。GM在1996-1999年還生產(chǎn)過(guò)北美第一款量產(chǎn)型純電動(dòng)車(chē)EV1,不過(guò)后來(lái)以失敗告終。

2008年以后,迫于DOE的政策引導(dǎo),GM也搞了Volt混合電動(dòng)車(chē)裝點(diǎn)門(mén)面,并且涉足小型鋰電純電動(dòng)車(chē),但GM在電動(dòng)汽車(chē)方面的“半吊子”水平并沒(méi)有對(duì)日系電動(dòng)車(chē)構(gòu)成多少威脅。不過(guò)GM并沒(méi)有放棄FC-EV,新一代Hydrogen4據(jù)稱將于今年年底上市。至于美國(guó)另外兩大車(chē)企Ford和克萊斯勒,在新能源汽車(chē)領(lǐng)域似乎早已經(jīng)被大家所遺忘。

歐洲:德國(guó)是歐洲汽車(chē)工業(yè)的領(lǐng)頭羊,歐洲諸多車(chē)企也只有VW、BMW和Daimler-Benz三家能夠獨(dú)立在電動(dòng)汽車(chē)方面展開(kāi)研發(fā)和生產(chǎn),而這三家車(chē)企早期走的都是燃料電池路線,而這與德國(guó)強(qiáng)大的燃料電池產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)是直接相關(guān)的。

VW作為全球第二大汽車(chē)生產(chǎn)商,VW現(xiàn)階段的戰(zhàn)略重點(diǎn)是PHEV,已經(jīng)有數(shù)款PHEV車(chē)型問(wèn)市。

VW在燃料電池方面主要是與加拿大Ballard公司合作,去年VW在洛杉磯車(chē)展上展示了燃料電池版的AudiA7、Golf以及Passat,這三款車(chē)型均采用VW與Ballard合作開(kāi)發(fā)的第四代100KW級(jí)PEMFC電池組,VW目前正在發(fā)展第五代燃料電池系統(tǒng),定位是高端車(chē)系。在純電動(dòng)汽車(chē)方面,到目前為止VW僅僅有e-up和e-Golf兩款鋰電純電動(dòng)汽車(chē)規(guī)劃而尚未有實(shí)際量產(chǎn),定位明顯在低端市場(chǎng)。

 

BMW在過(guò)去20年里對(duì)各種新能源技術(shù)都有廣泛的試驗(yàn)。氫能方面主要是燃料電池和氫氣內(nèi)燃機(jī)。在純電動(dòng)車(chē)方面,BMW裝車(chē)試驗(yàn)了鉛酸、Na-S、ZEBRA、鎳氫和鋰離子幾乎所有類型的二次電池,積累了豐富的測(cè)試經(jīng)驗(yàn)。

但BMW對(duì)二次電池和燃料電池都沒(méi)有很深入的認(rèn)識(shí)和技術(shù)儲(chǔ)備,所以我們看到BMW目前在i系列電動(dòng)汽車(chē)上是三駕馬車(chē),i3是鋰電純電動(dòng)車(chē)而i5和i8都是PHEV。之前BMW曾經(jīng)將一輛245HP的寶馬5系車(chē)改造成FC-EV,后來(lái)證實(shí)BMW已經(jīng)暫緩其FC-EV商業(yè)化進(jìn)程。BMW是雙面下注的典型代表,潛臺(tái)詞則是因?yàn)樵阡囯姾虵C方面都不掌握關(guān)鍵技術(shù)心里完全沒(méi)底。

Daimler-Benz之前走的是FC-EV路線,還收購(gòu)了Ballard的燃料電池汽車(chē)業(yè)務(wù),使其成為PEMFC零件開(kāi)發(fā)公司。數(shù)年前Daimler-Benz也開(kāi)始專注于PHEV,最近還“宣稱”要推出一款跟TeslaModelS相抗衡的純電動(dòng)汽車(chē)。

為了獲得鋰電相關(guān)技術(shù),Daimler-Benz后來(lái)聯(lián)合Evonic成立了Li-Tec公司生產(chǎn)鋰離子動(dòng)力電池,不過(guò)由于缺乏技術(shù)以及成本高昂等原因,Li-Tec一直沒(méi)有市場(chǎng)而導(dǎo)致經(jīng)營(yíng)難以為繼而破產(chǎn)。

日韓:由于日本同時(shí)在二次電池和燃料電池兩大產(chǎn)業(yè)鏈上同時(shí)居于全球領(lǐng)先地位,使得日本一直都是全球電動(dòng)汽車(chē)的領(lǐng)頭羊,這是我們不得不承認(rèn)的現(xiàn)實(shí)。不過(guò)日本幾大車(chē)企的情況并不完全一致。

Nissan在PEMFC和二次電池上都有相當(dāng)?shù)募夹g(shù)儲(chǔ)備,但不及Toyota強(qiáng)。Nissan和NEC合資成立的AutomotiveEnergySupply生產(chǎn)鋰離子動(dòng)力電池。Leaf純電動(dòng)車(chē)自2010年投產(chǎn)以來(lái),截至2015年十月底在全球已經(jīng)累積銷售超過(guò)18萬(wàn)輛。

Leaf純電動(dòng)車(chē)只是小型車(chē),并非嚴(yán)格意義上的中級(jí)轎車(chē)。即便是2016年即將量產(chǎn)的新版Leaf,按照美國(guó)EPA標(biāo)準(zhǔn)續(xù)航里程也不到200Km。Nissan在FC-EV上同樣可圈可點(diǎn),其新一代燃料電池汽車(chē)已確定在2015年年底上市。目前Nissan在電動(dòng)汽車(chē)領(lǐng)域的發(fā)展戰(zhàn)略是以鋰電純電動(dòng)汽車(chē)為主,燃料電池電動(dòng)車(chē)為輔。

Toyota作為全球最大的汽車(chē)生產(chǎn)商,同時(shí)也是當(dāng)之無(wú)愧的電動(dòng)汽車(chē)領(lǐng)頭羊,在HEV領(lǐng)域無(wú)人能及,截止到2015年七月底豐田混合動(dòng)力汽車(chē)全球銷售量已經(jīng)超過(guò)800萬(wàn)輛。Prius是全球第一種大規(guī)模量產(chǎn)的HEV車(chē)型,在電動(dòng)汽車(chē)發(fā)展歷史上具有里程碑的意義。

此外,豐田旗下豪華品牌雷克薩斯也以混動(dòng)見(jiàn)長(zhǎng)。而反觀其它歐美主流車(chē)企在新能源汽車(chē)方面拿不出任何一款車(chē)型可與之匹敵,豐田在HEV領(lǐng)域的霸主地位可見(jiàn)一斑。Toyota是全球主流汽車(chē)廠商中唯一對(duì)二次電池和燃料電池都有非常深入研究的公司。

Toyota與Panasonic合資的鎳氫電池廠PrimearthEnergy,Toyota控股80.5%。Toyota自身完全有技術(shù)能力生產(chǎn)鋰離子電池,但Toyota并沒(méi)有與其它日本鋰電公司建立合資公司。豐田深知二次電池的優(yōu)勢(shì)是什么、燃料電池的長(zhǎng)處在哪里,而不是玩一些虛無(wú)縹緲概念。于是,我就看到Toyota在HEV和FC-EV兩方面的戰(zhàn)略布局,而對(duì)LIB-EV不屑一顧。

而本田在電動(dòng)汽車(chē)方面的發(fā)展戰(zhàn)略與Toyota非常相似,也是著眼于HEV和FC-EV兩方面,這主要是得益于Honda在鋰電和燃料電池兩方面都有相當(dāng)?shù)募夹g(shù)積累。Honda與湯淺合資成立的BlueEnergy生產(chǎn)鋰離子動(dòng)力電池,而燃料電池技術(shù)則是與GM合作研發(fā)的,本田的新一代FC-EVFCVClarity已經(jīng)確定將在2016年量產(chǎn)。

韓國(guó)現(xiàn)代在電動(dòng)汽車(chē)發(fā)展方面也是跟Toyota比較相似,現(xiàn)代2007以后與GM共同研發(fā)燃料電池汽車(chē),加上之前與美國(guó)UTC的合作,現(xiàn)代汽車(chē)在燃料電池核心技術(shù)研發(fā)方面頗有進(jìn)展。去年在洛杉磯車(chē)展上正式推出了ix35FC-EV,已經(jīng)基本上掌握了燃料電池汽車(chē)技術(shù)?,F(xiàn)代在混動(dòng)領(lǐng)域也沒(méi)閑著,HEV版伊蘭特已經(jīng)確定今年上市。

其實(shí),這些國(guó)際主流汽車(chē)廠商在電動(dòng)汽車(chē)方面的戰(zhàn)略布局,還可以從他們跟電池汽車(chē)的關(guān)聯(lián)上管中窺豹。從HEV到PHEV再發(fā)展到EV,動(dòng)力電池系統(tǒng)的成本比重越來(lái)越大,特斯拉ModelS的動(dòng)力電池系統(tǒng)成本就已經(jīng)接近整車(chē)成本的60%。

毫無(wú)疑問(wèn),動(dòng)力電池系統(tǒng)是純電動(dòng)汽車(chē)最為核心的部件,對(duì)于任何有志于在鋰電純電動(dòng)車(chē)汽車(chē)上有所作為的國(guó)際主流車(chē)企,他們無(wú)論如何是不會(huì)讓這個(gè)最為關(guān)鍵的部件被外人掌控的。那么,國(guó)際主流汽車(chē)企跟電池企業(yè)的關(guān)聯(lián),就是破解這些主流汽車(chē)廠家在純電動(dòng)汽車(chē)方面戰(zhàn)略布局的鑰匙。

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