鋰離子電池VS燃料電池 誰是電動汽車動力源
日期：2024-10-16 05:17:53 作者：宏力精密鋼管 閱讀數(shù)：557上世紀末期，西方國家展開了第一輪新能源汽車的研究和產(chǎn)業(yè)化浪潮。當時，歐美日這三大汽車生產(chǎn)集團對新能源汽車的發(fā)展方向有較大的分歧，比如美國主推“氫經(jīng)濟”(氫能和燃料電池)，日本則是把產(chǎn)業(yè)化重點放在自然吸氣技術和HEV，將燃料電池汽車作為戰(zhàn)略研究方向。
而以德國為代表的歐洲車企則強調(diào)傳統(tǒng)內(nèi)燃機的優(yōu)化和技術革新(例如高效柴油引擎和機械渦輪增壓技術)，但同時也投入相當多資源進行燃料電池汽車的研發(fā)。事實上，西方主流汽車生產(chǎn)商當時都不認為鋰電純電動汽車具有可行性。因此，在小布什總統(tǒng)當政的8年時間里，氫能和燃料電池的基礎研究和產(chǎn)業(yè)化在西方尤其是美國達到了巔峰狀態(tài)。
歐美之所以一開始就選擇燃料電池而不是鋰離子電池，在筆者看來，主要是基于三個方面的原因。第一個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于二次電池具有絕對優(yōu)勢，就工況特性而言燃料電池比二次電池更加適合用作汽車主動力源。而當時鋰離子電池動力電池才剛剛開始研究而已，性能并不理想而遠未達到實際裝車條件。
另一方面，歐美發(fā)達國家一直占據(jù)全球產(chǎn)業(yè)鏈的頂端而謀取高額利潤，它們認為二次電池產(chǎn)業(yè)是一個低附加值行業(yè)是亞洲人的事情，歐美本質(zhì)上是不屑于發(fā)展這種利潤率較低的實體經(jīng)濟的。長期不重視，造成了歐洲和北美缺乏規(guī)?；匿囯娖髽I(yè)，鋰電產(chǎn)業(yè)鏈也一直沒能建立起來，而歐美在燃料電池領域擁有絕對優(yōu)勢地位。
另外，從整個產(chǎn)業(yè)鏈的角度而言，氫能和燃料電池對相關工業(yè)整體水平的帶動和提升的確要比鋰離子電池產(chǎn)業(yè)高一個檔次。那么，歐美當初選擇發(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研究和產(chǎn)業(yè)化都是在各大汽車公司的主導下進行的，在全球第一輪燃料電池汽車開發(fā)熱潮中，各大汽車公司的情況并不一樣。
通用汽車(GM)是全球第一輪“氫經(jīng)濟”浪潮的領頭羊，GM很早就有電動汽車研發(fā)經(jīng)驗，全球首輛燃料電池汽車Chevrolet Electrovan(AFC-EV)就是GM在1966年首先制造出來的。
跟國際上其它主流車企不一樣的是，GM在燃料電池汽車領域一直是堅持自主研發(fā)，當時并沒有選擇與其它車企或者燃料電池公司合作開發(fā)。GM在燃料電池催化劑、MEA以及電堆系統(tǒng)的基礎研究方面都有相當?shù)姆e累，在FC-EV整車方面的實力則與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(Mark900)開發(fā)了自己的第一代FC-EV，通過各種燃料電池汽車示范項目驗證了第一代技術。其中Daimler-Benz和Ford還參股Ballard 18% 和20%的股份。
韓國現(xiàn)代(Hyundai)則是選擇與美國UTC公司合作，采用UTC燃料電池技術開發(fā)出自己的第一代FC-EV。第一代FC-EV技術主要特征是燃料電池功率的密度可以滿足汽車動力要求，壽命在2000~3000小時范圍，但同時成本也非常高。
然而，當時EU和DOE的規(guī)劃輕視了諸多技術、產(chǎn)品和市場轉(zhuǎn)化過程中的關鍵問題，對技術進展、基礎設施、市場培育過程等問題估計比較樂觀，當這些問題遇到障礙時，客觀上影響到政府及產(chǎn)業(yè)界對燃料電池汽車產(chǎn)業(yè)化的預期。
于是2008年奧巴馬當選美國總統(tǒng)以后，美國政府在新能源和電動汽車的戰(zhàn)略方向就從氫能和燃料電池轉(zhuǎn)向了鋰離子電池，這也就是當前的第二輪電動汽車產(chǎn)業(yè)化熱潮，只不過動力系統(tǒng)的技術路線從燃料電池轉(zhuǎn)換到了鋰離子電池。
伴隨著2008年鋰離子電動汽車的興起，燃料電池汽車技術進入到第二個發(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在汽車領域的研發(fā)項目資助，僅保留了燃料電池在固定式發(fā)電領域及商用叉車項目資助。
在FC-EV的第二個發(fā)展階段，歐美汽車公司雖然仍然保留燃料電池汽車的研發(fā)項目，但大多削減了研發(fā)預算。只有日本車企一直在堅持，最終日本燃料電池汽車技術跟HEV電動汽車一樣，再次引領國際技術前沿。
總的來說，近幾年全球各大汽車公司紛紛開發(fā)出自己的燃料電池電堆技術，并且大幅提高了功率密度，使用壽命也都達到5000小時的產(chǎn)業(yè)化基本要求，并且燃料電池汽車成本大幅下降。
如果我們了解過去15年歐美在電動汽車技術路線上的轉(zhuǎn)變，就會對當今全球電動汽車的發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢有更加深刻的認識。過去歐美主流汽車廠家一直把電動汽車的重心放在FC-EV上，而鋰電產(chǎn)業(yè)鏈在歐洲和北美一直沒有發(fā)展起來，歐美汽車公司自然也不可能在鋰電技術上有多少認識和積累。
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)鏈上同時居于全球領先地位，使得日本一直是全球電動汽車的領頭羊。于是，我們就看到當前的全球EV的基本戰(zhàn)略格局：
美國：當前國際上只有Tesla在大張旗鼓地搞LIB-EV(其實Tesla只是個startup，跟這些國際汽車大佬就不是一個重量級)，Tesla在鋰離子電池和燃料電池方面都沒有任何技術積累(它的創(chuàng)新點在BMS)，它完全是迫于技術和成本的現(xiàn)實問題而不得不選擇鋰離子電池，而且是一條劍走偏鋒的18650技術路線。
GM過去一直專注于FC-EV，在PEMFC催化劑、MEA和電堆方面都上有很強的技術積累。GM在1996-1999年還生產(chǎn)過北美第一款量產(chǎn)型純電動車EV1(鉛酸電池車)，不過后來以失敗告終。
2008年以后，迫于DOE的政策引導，GM也搞了Volt混合電動車裝點門面，并且涉足小型鋰電純電動車，但GM在電動汽車方面的“半吊子”水平并沒有對日系電動車構成多少威脅。不過GM并沒有放棄FC-EV，新一代Hydrogen 4據(jù)稱將于今年年底上市。至于美國另外兩大車企Ford和克萊斯勒 ，在新能源汽車領域似乎早已經(jīng)被大家所遺忘。
歐洲：德國是歐洲汽車工業(yè)的領頭羊，歐洲諸多車企也只有VW、BMW和Daimler-Benz三家能夠獨立在電動汽車方面展開研發(fā)和生產(chǎn)，而這三家車企早期走的都是燃料電池路線，而這與德國強大的燃料電池產(chǎn)業(yè)基礎是直接相關的。
VW(大眾)作為全球第二大汽車生產(chǎn)商，VW現(xiàn)階段的戰(zhàn)略重點是PHEV，已經(jīng)有數(shù)款PHEV車型問市。
VW在燃料電池方面主要是與加拿大Ballard公司合作，去年VW在洛杉磯車展上展示了燃料電池版的Audi A7、Golf以及Passat，這三款車型均采用VW與Ballard合作開發(fā)的第四代100 KW級PEMFC電池組，VW目前正在發(fā)展第五代燃料電池系統(tǒng)，定位是高端車系。在純電動汽車方面，到目前為止VW僅僅有e-up(微型車) 和e-Golf(小型車)兩款鋰電純電動汽車規(guī)劃而尚未有實際量產(chǎn)，定位明顯在低端市場。
BMW在過去20年里對各種新能源技術都有廣泛的試驗。氫能方面主要是燃料電池和氫氣內(nèi)燃機。在純電動車方面，BMW裝車試驗了鉛酸、Na-S、ZEBRA、鎳氫和鋰離子幾乎所有類型的二次電池，積累了豐富的測試經(jīng)驗。
但BMW對二次電池和燃料電池都沒有很深入的認識和技術儲備，所以我們看到BMW目前在i系列電動汽車上是三駕馬車，i3是鋰電純電動車而i5和i8都是PHEV。之前BMW曾經(jīng)將一輛245HP的寶馬5系車改造成FC-EV(燃料電池是與Toyota合作開發(fā))，后來證實BMW已經(jīng)暫緩其FC-EV商業(yè)化進程。BMW是雙面下注的典型代表，潛臺詞則是因為在鋰電和FC方面都不掌握關鍵技術心里完全沒底。
Daimler-Benz之前走的是FC-EV路線，還收購了Ballard的燃料電池汽車業(yè)務，使其成為PEMFC零件開發(fā)公司。數(shù)年前Daimler-Benz也開始專注于PHEV，最近還“宣稱”要推出一款跟Tesla Model S 相抗衡的純電動汽車。
為了獲得鋰電相關技術，Daimler-Benz后來聯(lián)合Evonic成立了 Li-Tec公司生產(chǎn)鋰離子動力電池(后來控股)，不過由于缺乏技術以及成本高昂等原因，Li-Tec一直沒有市場而導致經(jīng)營難以為繼而破產(chǎn)。
日韓：由于日本同時在二次電池和燃料電池兩大產(chǎn)業(yè)鏈上同時居于全球領先地位，使得日本一直都是全球電動汽車的領頭羊，這是我們不得不承認的現(xiàn)實。不過日本幾大車企的情況并不完全一致。
Nissan 在PEMFC和二次電池上都有相當?shù)募夹g儲備，但不及Toyota強。Nissan和NEC合資成立的Automotive Energy Supply (Nissan控股51%)生產(chǎn)鋰離子動力電池。 Leaf純電動車自2010年投產(chǎn)以來，截至2015年十月底在全球已經(jīng)累積銷售超過18萬輛。
Leaf純電動車只是小型車，并非嚴格意義上的中級轎車。即便是2016年即將量產(chǎn)的新版Leaf，按照美國EPA標準續(xù)航里程也不到200 Km。Nissan在FC-EV上同樣可圈可點，其新一代燃料電池汽車已確定在2015年年底上市。目前Nissan在電動汽車領域的發(fā)展戰(zhàn)略是以鋰電純電動汽車為主，燃料電池電動車為輔。
Toyota作為全球最大的汽車生產(chǎn)商，同時也是當之無愧的電動汽車領頭羊，在HEV領域無人能及，截止到2015年七月底豐田混合動力汽車全球銷售量已經(jīng)超過800萬輛。Prius是全球第一種大規(guī)模量產(chǎn)的HEV車型，在電動汽車發(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見長。而反觀其它歐美主流車企在新能源汽車方面拿不出任何一款車型可與之匹敵，豐田在HEV領域的霸主地位可見一斑。Toyota是全球主流汽車廠商中唯一對二次電池(鋰電和鎳氫)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Primearth Energy，Toyota控股80.5%。Toyota自身完全有技術能力生產(chǎn)鋰離子電池，但Toyota并沒有與其它日本鋰電公司建立合資公司。豐田深知二次電池(鎳氫電池和鋰離子電池)的優(yōu)勢是什么、燃料電池的長處在哪里，而不是玩一些虛無縹緲概念。于是，我就看到Toyota在HEV和FC-EV兩方面的戰(zhàn)略布局，而對LIB-EV不屑一顧。
而本田(Honda)在電動汽車方面的發(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?shù)募夹g積累。 Honda與湯淺合資成立的Blue Energy (Honda 控股49%)生產(chǎn)鋰離子動力電池，而燃料電池技術則是與GM合作研發(fā)的，本田的新一代FC-EV FCV Clarity已經(jīng)確定將在2016年量產(chǎn)。
韓國現(xiàn)代(Hyundai)在電動汽車發(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，加上之前與美國UTC的合作，現(xiàn)代汽車在燃料電池核心技術研發(fā)方面頗有進展。去年在洛杉磯車展上正式推出了ix35 FC-EV， 已經(jīng)基本上掌握了燃料電池汽車技術。現(xiàn)代在混動領域也沒閑著，HEV版伊蘭特已經(jīng)確定今年上市。
其實，這些國際主流汽車廠商在電動汽車方面的戰(zhàn)略布局，還可以從他們跟電池汽車的關聯(lián)上管中窺豹。從HEV到PHEV再發(fā)展到EV，動力電池系統(tǒng)的成本比重越來越大，特斯拉Model S的動力電池系統(tǒng)成本就已經(jīng)接近整車成本的60%。
毫無疑問，動力電池系統(tǒng)是純電動汽車最為核心的部件，對于任何有志于在鋰電純電動車汽車上有所作為的國際主流車企，他們無論如何是不會讓這個最為關鍵的部件被外人掌控的。那么，國際主流汽車企跟電池企業(yè)的關聯(lián)，就是破解這些主流汽車廠家在純電動汽車方面戰(zhàn)略布局的鑰匙。