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氫燃料電池PK鋰電池

鉅大LARGE  |  點(diǎn)擊量:915次  |  2018年11月16日  

發(fā)展至今,市場上僅存的兩種電動車品類形勢十分明顯,除了部分德、美系車企處于觀望狀態(tài),以豐田為首的眾多德日系老牌車廠投入氫燃料電池,而以特斯拉為首的新興車企則大面積站隊鋰電池。

從技術(shù)層面上看,鋰電池和氫燃料電池勢均力敵,各有優(yōu)劣。

公開資料顯示,鋰電池造價成本低,商用化則更加成熟,這讓它自然成為電動車廠的首選。然而它的能量密度低、易燃、反應(yīng)產(chǎn)物有毒、充電慢等特征也是潛在的“隱患”,尤其在量產(chǎn)之后,各類問題也被自然放大。

而氫燃料電池可以直接加氫,補(bǔ)給時間短,續(xù)航能力也能夠輕松達(dá)到500km以上,且排出物僅是水,完全無污染。這一優(yōu)勢輕松力壓鋰電池,也更符合環(huán)保的理念,但氫燃料使用過程中不可或缺的反應(yīng)催化劑——鉑稀有貴金屬成本極高,且氫燃料充電站造價為特斯拉超級充電站的五、六倍,其高昂的成本成為氫燃料成為商用之路的攔路虎,事實上,也沒有人愿意為環(huán)保買下這筆天價單。

相較于鋰電池,氫燃料電池技術(shù)確實過于新穎,馬斯克也一度強(qiáng)懟氫燃料電池。但豐田堅持認(rèn)為新能源最終的贏家一定是燃料電池,因為新能源產(chǎn)業(yè)的正確發(fā)展歷程應(yīng)當(dāng)是:混動-插電式混動-電動-燃料電池。

混動技術(shù)是氫燃料電池得以發(fā)展的基礎(chǔ),在混動技術(shù)上,豐田等日系車企確實已經(jīng)打下了堅實的基礎(chǔ)。數(shù)據(jù)顯示,豐田混動車銷量已經(jīng)突破1000萬輛,即便在普及度不高的中國市場,豐田的雙擎車型銷量也占其在華總銷量的10%;而在歐美市場,賣得好的雷克薩斯大多也都是混動車。

有成熟的混動技術(shù)作為基石,豐田等日系車廠的氫燃料研究看來也并非空穴來風(fēng)。根據(jù)日本國內(nèi)的戰(zhàn)略目標(biāo),氫燃料電池電動車的續(xù)航里程將延長至目前的1.5倍,達(dá)到1000公里,到2040年氫燃料的保有量將有目前的2000輛增加到300萬至600萬輛,同時車載電池的單位輸出功率將增至當(dāng)下的3倍。

現(xiàn)在,在日本資源緊缺的國情推動下,日系廠商轉(zhuǎn)而直接去研究氫燃料電池也是合情合理。從汽車設(shè)計的理念來看,未來動力更強(qiáng),車身更為輕便的氫燃料電動汽車確實有著更大的吸引力。

其實縱觀電動車的發(fā)展史,人類在電動車各類發(fā)展方向上的探索上算得上是無所不用其極,但紛紛以失敗告終,即便是上世紀(jì)八十年代的能源危機(jī)之下,汽油價格堪比“天價”之際,也極少有用戶愿意為不成熟的“環(huán)保技術(shù)”買單。

與燃油發(fā)動機(jī)并駕齊驅(qū)繁榮電動車產(chǎn)業(yè)如何落馬?

汽車發(fā)動機(jī)的歷史淵源,可以追溯到十八世界中期第一次工業(yè)革命時代背景下誕生的蒸汽機(jī)。正如書本中帶有蒸汽機(jī)的火車頭插畫顯示,那時的蒸汽就是機(jī)車的動力源。

瓦特改進(jìn)蒸汽機(jī)成為了關(guān)鍵節(jié)點(diǎn),人們稱它為全面進(jìn)入蒸汽時代的標(biāo)志。

 氫燃料PK鋰電池:一場新興車企與老牌車廠的拉力賽

不得不承認(rèn),在讓蒸汽機(jī)變小、動力變強(qiáng)的過程中,瓦特的設(shè)計起到了關(guān)鍵作用。他改進(jìn)的蒸汽機(jī)成功的將冷凝與氣缸做了分離,讓動力源可以擺脫笨重蒸汽罐的限制,為其應(yīng)用到更小更輕便的民用車埋下了伏筆。后來著名的風(fēng)冷發(fā)動機(jī)就得益與此。

因為瓦特的改進(jìn),現(xiàn)代發(fā)動機(jī)的前身初露,但是在此之后,在氣缸的數(shù)量、點(diǎn)火裝置的發(fā)明和合適燃料的選擇上,工程師們花費(fèi)了數(shù)百年。期間僅在燃料的選擇上,發(fā)明家們就試遍了火藥、煤氣、氫氣等各種燃料,經(jīng)歷起起伏伏,最終才落在汽油技術(shù)上。

19世紀(jì)接近尾聲,卡爾·本茨向世界宣告研制出第一輛燃油汽車,引起了不小的轟動,彼時,燃油汽車終長成。但沒人意識到,量產(chǎn)后出現(xiàn)的產(chǎn)能不足、故障多、維修困難且行駛里程短等諸多問題才成為真正的阻礙,燃油汽車的發(fā)展因此受壓制,人們甚至一度嘲笑它連馬車都取代不了。

同一時期,確切來說要早上幾年,法國工程師古斯塔夫·特魯夫向世界展示了第一輛預(yù)量產(chǎn)電動三輪車,動力源采用的是鉛酸電池。

 氫燃料PK鋰電池:一場新興車企與老牌車廠的拉力賽

相比之下,電動車啟動優(yōu)雅,安靜無味,它一出場就比燃油汽車“高貴”,備受當(dāng)時貴族們的喜愛,而燃油車更像是一頭會吐黑煙的“怪物”存在。

當(dāng)時,電動車的定位是高端市場,技術(shù)過于新穎,多數(shù)企業(yè)選擇觀望,少數(shù)企業(yè)轉(zhuǎn)而擁抱這一新興市場。由此,電動車產(chǎn)業(yè)被催生。

1899年4月,CamilleJenatzy駕駛了一輛外形如火箭般的JamaisContente登場,并以106公里/小時刷新了當(dāng)時汽車的最高時速,引眾人側(cè)目。

如眾人所料,這一驚人之舉把電動車產(chǎn)業(yè)推向了新的高度。盡管因為設(shè)計缺陷,JamaisContente最終無疾而終。但即便今天,透過它看這短短十余年的電動車發(fā)展史,依然驚嘆它發(fā)展的迅猛之勢。

七個月后,奔馳創(chuàng)始人之一、汽車鼻祖戈特利布·戴姆勒去世,如火上澆油,本就根基不穩(wěn)的燃油汽車產(chǎn)業(yè)岌岌可危。

同年,年僅二十五歲的波爾舍正式推出了第一輛真正意義上的純電動車,即參加過當(dāng)年Semmering比賽的山地賽車LohnerPorsche。他為這臺車兩只前輪各安裝一個輪轂電機(jī)直接驅(qū)動車輪,并搭配了一套電機(jī)與車輛間的低摩擦直傳系統(tǒng),讓電池組為電機(jī)供電。

 氫燃料PK鋰電池:一場新興車企與老牌車廠的拉力賽

第一次將電動輪軸與前輪驅(qū)動結(jié)合,波爾舍的這一設(shè)計讓每個前輪電機(jī)功率達(dá)到1.9-2.6kW(2.58Ps-3.5Ps),輸出瞬時動力最大可達(dá)5.2kW(7Ps)。這讓動力傳輸效率大大優(yōu)于當(dāng)時的燃油內(nèi)燃機(jī)汽車,驚艷四座。

自此,電動車產(chǎn)業(yè)開始進(jìn)入爆發(fā)式增長狀態(tài)。

好的汽車設(shè)計師對技術(shù)有著獨(dú)特的審美,也正是具備天才獨(dú)有的“嗅覺”,波爾舍看見了汽油這一燃料的魅力。

喜歡改裝車的汽車愛好者都知道,想要車速和整車穩(wěn)定性有顯著的提升,“輕量化”處理常常是車友們的首選。但在電動汽車身上,這一問題很難得到有效緩解。當(dāng)時,保時捷車上74節(jié)80V的鉛酸電池重量就高達(dá)1.8噸,讓續(xù)航里程和車速的提升受阻。

自然而然,波爾舍想要借助改善設(shè)計來削減電池的數(shù)量。

1901年,LohnerPorscheMixte混動版本推出。波爾舍為這臺車加入了一臺5.5L的四缸發(fā)動機(jī),然后利用傳統(tǒng)軸為發(fā)電機(jī)供能。借助這一設(shè)計,波爾舍成功把這一四驅(qū)電動車重量控制在了1.2噸以內(nèi),極大程度上減少了對電池組的依賴。

 氫燃料PK鋰電池:一場新興車企與老牌車廠的拉力賽

憑借Mixte版本,LohnerPorsche也連續(xù)刷新了多項奧地利賽車速度記錄,并在全國拉力賽中連續(xù)奪得兩屆冠軍,波爾舍也因此獲得了奧地利最高汽車工程師獎項。

之后,LohnerPorsche不斷被市場驗證,收獲認(rèn)可,其性能以及續(xù)航表現(xiàn)也在持續(xù)提升。與當(dāng)時內(nèi)燃機(jī)汽車相比,以電力為主要傳輸?shù)膭恿夹g(shù)在續(xù)航、性能、平順性等方面都更具優(yōu)勢,這也讓很多歐洲地區(qū)皇室在選擇專用車時徹底淘汰掉了馬車。

這一混合動力設(shè)計成功壓制了內(nèi)燃機(jī)技術(shù)長達(dá)30年。1911年,紐約時報將電動汽車列為“理想化車型”,因為它更干凈,更安靜,同時也比汽油引擎車輛更經(jīng)濟(jì)。

數(shù)據(jù)顯示,至1915年,美國的電動汽車年產(chǎn)量5000輛,保有量達(dá)到5萬輛。20世紀(jì)20年代初,蒸汽汽車占40%,電動汽車占38%,燃油汽車只占22%。

短短三十年,憑借技術(shù)的優(yōu)越性,電動汽車市場占有率大幅超越燃油汽車,進(jìn)入了第一個黃金時代。

發(fā)展到后來,除德國汽車廠商,美國的AnthonyElectric、Baker、Columbia、Anderson、Fritchle、Studebaker、Riker都相繼生產(chǎn)推出過很多電動車型。用戶甚至可以購買不帶電池的車,然后從電力公司購買可更換的電池,后續(xù)只需繳納電費(fèi)和月服務(wù)費(fèi),就可以保證自己的車輛得到完善的定時維護(hù)以及充足的電力,這項服務(wù)從1910到1924年間變得非常流行。

由此看來,電動車產(chǎn)業(yè)上下游都發(fā)展到一種相對穩(wěn)定而繁榮的狀態(tài)。但此時,大洋彼岸正在發(fā)生微妙的變化。

隨著美國經(jīng)濟(jì)的急速發(fā)展,公路網(wǎng)絡(luò)逐漸完善;同時德克薩斯、俄克拉荷馬和加利福尼亞等大油田也被陸續(xù)發(fā)現(xiàn),汽油價格降低,燃油汽車產(chǎn)業(yè)獲得了持續(xù)增長的動力支撐。

在這一時代背景下,燃油汽車獲得的最大益處就是成本被大幅降低。最終,在消音器、電力啟動系統(tǒng)、四沖程發(fā)動機(jī)技術(shù)陸續(xù)完善的狀態(tài)下,至二十世紀(jì)三十年代,內(nèi)燃機(jī)汽車以1/5的價格優(yōu)勢徹底“消滅”了電動車。

隨后,第二次世界大戰(zhàn)又在某種程度上促使燃油汽車進(jìn)一步發(fā)展。而后幾十年,電動汽車技術(shù)一直都存在各大工廠的實驗室里,再未出現(xiàn)。

直到1973年,因中東戰(zhàn)爭,第一次石油危機(jī)爆發(fā)。各國政府再次大資金投入和推動新能源汽車(主要為電動汽車)的發(fā)展,為此,美國還召開了第一次國際電動汽車會議,并展出了一百多輛電動汽車。整個產(chǎn)業(yè)開始復(fù)蘇。

在政策利好的大環(huán)境下,日本、巴西、美國、西班牙、德國等國家紛紛做了混合動力、酒精、液態(tài)氫、鋅氯、太陽能等新型電池的研發(fā)和嘗試,但最終紛紛伴隨危機(jī)解除,以“失敗”告終。

里程數(shù)無法提高、車身重量過重、成本高等一系列“亙古”的問題始終存在,這一場因政治帶動起來的新能源汽車產(chǎn)業(yè)第二次輝煌也終暗淡。

新能源汽車發(fā)展起起伏伏,最終敵不過成熟的技術(shù)、高效的能耗比和商用量產(chǎn)等一系列自然而然的選擇。

目前,國際上普遍認(rèn)為,在新能源領(lǐng)域,電動車是短期內(nèi)的理想車型,而最終一定會走向氫燃料電池汽車。然一如燃油發(fā)動機(jī)技術(shù)對當(dāng)時汽車行業(yè)的顛覆,技術(shù)本身的最終完善才將決定未來市場的走向。

如此看來,若真如豐田所料,特斯拉更注重當(dāng)下,豐田則更看重未來。而透過歷史發(fā)展反觀當(dāng)下,未來很長一段時間內(nèi),汽車市場將會百花齊放,各類動力源并存,直到恰好成熟而適用的技術(shù)出現(xiàn)。

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