電驅動的終極方案 看日本如何玩轉氫能源車

　　【太平洋汽車網 新車頻道】氫燃料電池汽車作為汽車電動化、低碳化的重要方向，對于改善未來能源結構、發展低碳交通具有深遠意義。在全球大多數國家都以純電動汽車和混合動力汽車為主攻方向之時，日本人是如何直接以“三級跳”的姿勢直奔“終極環保”階段，投身氫燃料電池車行列？讓我們來一探究竟。

　　傳統動力電池（干電池、蓄電池）是一種儲能裝置，把電能貯存起來，需要時再釋放出來；而氫燃料電池是一種發電裝置，是把化學能直接轉化為電能的電化學發電裝置。

　　相較于鋰電池，氫燃料電池具有能量密度高、續航里程長、整備質量輕、性能提升空間大等諸多優點。單純從用戶體驗和擺脫里程焦慮的角度考慮，氫燃料電池對蓄電式純電動車有著碾壓優勢。

　　不過，目前中國新能源的國策是主推蓄電池純電動車（BEV），雖然動力電池的技術瓶頸暫未突破，但產業鏈布局已經形成了規模。反觀氫燃料電池車（FCV）領域，它同樣需要BEV領域的動力電池組（只不過容量更小），而氫燃料電池必須的關鍵材料，如催化劑、質子交換膜、雙極板等，在國內產業鏈基本處于起步階段，造價高，產能低，僅能滿足商用級別的需求，動輒七位數的加氫站建設成本也阻擋了氫燃料電池車進入乘用車市場的風頭。

　　地球上氫元素含量豐富，且能量密度高、更加環保清潔。但氫燃料電池成本高、落地困難，現階段不靠政府補貼很難走下去。加氫站建設投資成本高，發展滯后。此外，氫氣易燃易爆，存在一定的安全隱患。降低成本、存儲、和加氫站建設是最核心的三個突破點。

　　日本在氫能源的探索給了我們新的希望，接下來就讓我們一起來看看日本氫能源的發展。

　　電動汽車當道，當其他國家還在觀望，或堅守燃油、或大力發展傳動動力電池的時候，日本已經在氫能的利用上走在世界前列。日本提出了“氫能社會”的構想，豐田量產了第一輛性能優越的氫電池車Mirai，本田也推出了Clarity，加氫三分鐘，續航750公里，日本在“朝氫走”的道路上走得特別堅定。

　　1.日本島國資源匱乏、而且氫能源環保、高效且制法多樣：

　　2.日本氣候嚴寒，氫燃料電池系統的工況受低溫影響較小，具有天然優勢；鋰電池的低溫性能到今天都得不到很好的解決，PTC熱敏電阻或小排量內燃機等保溫方法各有缺點，這也是日本不廣泛推廣純電動車的重要緣由。

　　3.日本國土狹長、人口稠密，加氫站建設具有可行性：一個加氫站覆蓋100平方公里左右的面積，就算僅僅將加氫站在日本沿海布局，也基本可以滿足日本加氫的需求了。同時，由于日本人均收入高，家庭布局小型制氫站也成為一個可能性，這是“氫能社會”的微觀元素。

中、日、韓加氫站密度對比圖

　　◆ 小結

　　氫燃料電池車或許是一種非常具有地域特色的解決方案，尤其適合狹窄，人口稠密，能源匱乏以及高度要求環保的地點：是因為天時地利，也是因為無可奈何，日本成為了全球氫能利用的急先鋒。

　　為了鼓勵市民在奧運期間也使用氫燃料電池車，東京政府會承擔80%的補貼。另外，氫燃料電池車加氫站也在東京加緊建設中，預計到2030年東京氫燃料電池汽車加氫站會超過150個，車輛數量會超過20萬輛。

　　日本工業部長Seko也在去年9月份表示，“電動汽車的發展趨勢在增長，銷量在增加。但我們不能突然跳上電動汽車，要捍衛政府對氫能的承諾。政府仍然致力于向“氫氣社會”轉型項目投入資金。” 

　　2018年8月9日，日本新能源產業技術綜合開發機構（NEDO）、東芝能源系統、東北電力及巖谷產業合作，開始在福島縣浪江町建設利用可再生能源制氫的氫能源系統 “福島氫能源研究站（Fukushima Hydrogen Energy Research Field （FH2R））”。

　　“福島氫能源研究站” 每年能利用毗鄰的光伏發電設備和系統電力，通過1萬kW的制氫裝置來制造、儲藏和供應最大900噸的氫。此次實證運行的最大課題是，如何利用氫能源運行系統實現氫的制造和儲藏與電力系統供需平衡的最佳組合。

　　社會正向電氣化/氫氣化轉型，車輛的電動化進程也越來越快，氫氣是實現低碳社會的有效能量載體。在日本政府的鼓勵下，日本車企如豐田、本田等都氫能源汽車的研發中加快了步伐…

　　豐田Mirai一如其名字一樣，是為未來而來的一款劃時代新能源車，代表著未來交通工具能源發展的方向。Mirai采用的氫燃料電池（Hydrogen Fuel Cell）是一套將氫氣和氧氣蘊含的化學能經過電化學反應直接轉換為電能的發電裝置。

　　然而氫的制造儲存，電堆的壽命和性能陽極材料、質子交換膜、催化劑的材料，系統的耐久和可靠都是難點。也是因為難，Mirai的量產才如此令人佩服。Mirai有兩個碳纖維制的氫氣瓶，最大容積122.4L，70MPa的存儲壓力下可以存儲5kg氫氣。

　　Mirai的驅動功率大部分直接來自于燃料電池電堆（即是功率跟隨），動力系統配備的鋰電池用于FCV反應堆電能暫儲、制動回收電能儲存，更可與FCV反應堆同時為驅動電機供能。Mirai充一次氫氣僅需3-5分鐘，即可恢復483km續航里程。

　　阻礙氫燃料電池車發展的最大因素就是“錢”。Mirai在日本售價為723.6萬日元（約合人民幣44.2萬元），除去各種稅費減免，用戶也需支付498.3萬日元（約合人民幣30.4萬元）才能把Mirai開回家，這個價格能在日本買到皇冠2.0T了；美國售價為57500美元（約合人民幣39萬元），這個價格能在美國買雷克薩斯RX450h了。

　　豐田官方發言人透露，最終在2020年，大規模量產后，成本有望降到20萬元這個普通家庭能夠勉強能夠到的價位，但也依然困難重重。加氫站的建設離不開各個國家的基礎設施的支持和投資。另外大批量制氫的技術還不理想，成本更是不低。

　　另外不得不提到的一點，豐田已經宣布將會在全球范圍內開放5680項有關氫燃料電池技術的專利，其中包括豐田Mirai的1970項技術，放期限到2020年底為止。豐田開放專利的目的是希望企業界接受豐田的技術標準，形成事實上的統一標準，以降低技術風險。

　　本田以“制造”、“使用”、“連接”為理念，正致力于開發實現氫氣社會的技術。2016年3月發售了FCV“CLARITY FUEL CELL”。為普及燃料電池車，降低成本、建立品質技術以及完善基礎設施將是亟待解決的問題。

　　本田估算下一代汽車削減CO²排放的可能性如下：可再生能源發電產生的電力驅動小型BEV實現CO²零排放； 利用太陽能將水電解為氫氣與氧氣，驅動FCV “FCX Clarity”實現CO²零排放。本田計劃到2030年，將銷量的2/3替換為PHEV、HEV、FCV以及BEV等零排放車輛。

　　作為針對氫氣社會的開發理念，以使用氫氣、具有終極清潔性能的FCV為中心，將一體式氫氣站SHS (Smart Hydrogen Station) 與外部供電逆變器Power Exporter 9000連接使用。本田從1996年起開啟基礎研究，歷經20年，終于完成了FCV Clarity、SHS、Power Exporter 9000等的研發。

　　1.啟動出租車路試

　　為更多人提供觀察FCV、試乘FCV的機會，使人們切身感受到FCV的優勢。研究FCV在出租車行業的影響，并反映至今后的開發中。目前在日本國內的投放情況是日野交通 (神奈川縣) 1輛、大宮汽車 (埼玉縣) 1輛、帝都汽車交通 (東京都) 2輛、仙臺出租車 (宮城縣) 2輛。

　　2.氫燃料電池戰略路線圖

　　在日本國內，根據政府主導的氫氣/燃料電池戰略路線圖，推進FCV的投放、以及氫氣基建的完善。2025-2030年期間，將完善氫氣站，并開始自主擴大規模。首先以4個大城市為中心，集中完善氫氣站，隨后推廣至二三線城市、甚至全國。2025年前后，日本政府將重點參與其中，構建普及FCV的社會基礎。

豐田燃料電池卡車欲為基礎設施發展帶來收益

　　由于加氫站建設成本太高，發展滯后，在加氫站數量有限的情況下，有目的、有節奏的點對點運輸是最為合適的選擇。因此，日本將氫能源汽車發展方向的思考，轉向了為基礎設施服務，打造FCV卡車成為優先項。

　　以目前用戶數量來看，很難將氫站視為盈利性事業，僅依靠補助金很難增加數量。而將氫站作為盈利性事業對實現氫氣社會至關重要，日本將目光鎖定在了7-11便利店。2017年8月，日本豐田汽車公司簽訂了店鋪及物流中節能、減排研究相關的基本協議書，在東京都內的2區域上開始實施。

　　為此，豐田汽車還專門制造了兩輛具備冷藏和冷凍功能的FC卡車，FC卡車的氫氣儲存量是轎車MIRAI的1.5倍以上，且每天氫的使用量很大。7-11便利店的FC卡車對氫能源的使用量相當于普及30輛MIRAI的效果，無形中增加了氫基礎設施的利用次數。

引入氫燃料電池摩托車

　　2018年12月28日，日本國土交通部宣布，將修改部分規定道路運輸車輛安全標準的告示，以引入氫燃料電池摩托車。氫燃料電池摩托車的新標準是：當倒地等情況發生時，氫燃料電池摩托車能防止對氫容器表面造成嚴重損壞甚至是破裂，要有一定的緩沖性和耐擦性。

　　另外，在發生碰撞事故產生加速度時，氫容器要求被固定在車輛上，防止氫容器脫離車輛。此外，氫燃料電池摩托車在運行容器安全閥時的氫氣釋放方向，要求為在車輛正立狀態下向垂直向下釋放，以使周圍的人能夠判斷氫氣排出方向。

　　當我們放眼一個10年，對于汽車來講是兩個世代更替，而對于人類在能源革命上的探索，不過歷史的一瞬。新能源車是個不斷在擴充的天量市場，可以容納下眾多的產品。百花齊放，勝過孤注一擲。從目前技術發展和實用化水平看，純電動汽車雖然性能上不占優勢，但是實用性和普及性上是領先于氫燃料電池車的，但今后誰能真正領先新能源汽車領域，還要看最終技術進步和實用化的最終比拼結果。（文：太平洋汽車網 韓蕊）

 氫燃料汽車 豐田Mirai 剛完成十萬公里測試

 Honda FCV Concept首發亮相2015北美車展