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用数据说话:电动汽车与氢燃料电池汽车全面对比

北极星储能网  来源:第一元素    2019/12/6 14:00:33  我要投稿  

北极星储能网讯:我们将两个技术路线分成10项,总分100分,以思维导图的形式对比,可以看出哪种技术路线更具竞争力?

电动汽车(EV)与燃料电池汽车(FCV),被认为是将来新能源汽车行业的两只主力军,它们均有着电气化、绿色清洁和无噪音的特点,然而由于核心技术的不同,它们在很多方面存在着巨大差异。

正因为这些差异,两种汽车在新能源汽车行业发展的道路上就像一对“注定的对手”,一直处于对比和争论的风头浪尖之中。

有争论就有竞争,对于行业本身实际上起到了优化促进作用,通过不断的争论和竞争,未来要么“胜者为王”,要么“齐头并进”,最终走向最优的结果。

当然在行业发展的不同阶段,它们之间的差异程度会有所不同,那么在当前我国新能源汽车市场现状下,作为如今热度极高的两类新能源汽车,假如通过分数来进行评判,总分100分,那么纯电动汽车和燃料电池汽车各自分数有多少,谁的综合总分数更高呢?

由于各有优劣,本文一共选取了10项因素来进行打分,每项总分为10分(满分10分为最终理想状态),评判的10项因素分别为:车辆成本、续航里程、能量转换效率、安全性、低温性能、基础设施、售后服务、行业投资、造车难易、发展潜力;本文将以思维导图较为直观的形式进行对比和评分。(本文观点仅供参考,不具有导向性)

车辆成本对比

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无论是EV还是FCV,电池系统都占了整车的大部分成本,动力电池系统占整车成本约40%,燃料电池系统占50%。

在整车成本方面。在国家补贴基础上,纯电动汽车已经较为普及,其价格与普通燃油车接近。但是燃料电池汽车仍然较为昂贵,单电池系统成本就达到了1000美元/KW,长远看需降到50美元/KW才能大规模发展。

在消耗成本方面。纯电动汽车按照每度电价0.5元计算,每天行驶200km情况下,电费为18元左右,每公里0.09元。

燃料电池汽车,按氢单价40元/kg计算,一次加满跑500公里,每公里0.4元,消耗成本远高于纯电动汽车。

因此燃料电池汽车相对纯电动汽车成本没有优势,同时都有一定的成本降低空间。

EV:8分,FCV:4分。

续航里程对比

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由于锂电池能量密度的限制,纯电动汽车续航与车重成正比,当前续航里程范围在200~500km之间,续航最大的为特斯拉Model S,而且纯电动汽车充电时间较长,就算抛开电池风险,快充也需要半个小时。

燃料电池汽车续航可以轻松达到500km以上,其续航里程主要跟汽车载氢量相关,而且氢气的加注类似于加油,效率极高。

从系统整体上看,系统及结构决定了两种汽车的续航存在差距,纯电动汽车续航的提高需要动力电池技术的突破,因此也存在一定的提升空间。

EV:7分,FCV:9分。

能量效率对比

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纯电动汽车的电主要来源于能源利用转化后而产生,在我国电力结构基础上,纯电动汽车的电可以说主要来自于煤电。

能量转换过程为:煤炭-电力-锂电池-放电推动汽车行驶。

燃料电池的化学能转换效率在理论上可以达到100%,实际效率也高达60~80%,是内燃机的2~3倍。

但是涉及到整车后,由于有氢气系统,整体能量转换效率将会大大降低。转换过程为:能源-电力-氢气-燃料电池-放电推动汽车。

因此整体上,纯电动汽车能量利用效率要高于燃料电池汽车。

EV:8分,FCV:6分。

安全性对比

4.jpg

纯电动汽车当前安全性的主要问题是电池安全。电池在运行过程中会发热,如果电池系统热管理不够好将会有着火风险,而且为了提高使用效率在过充或过放的过程中,电池也会着火,除此之外纯电动汽车在事故中发生碰撞会有电解液泄漏导致起火的风险。

燃料电池汽车中燃料电池本身危险性不大,风险主要来自氢气储存和加氢过程中出现氢气泄漏导致着火甚至爆炸的风险,氢气极易燃烧,而且当氢气在空气中的体积浓度在4%~75.6%之间时,遇火源就会爆炸。

因此它们均存在一定危险,也均有一定的改进空间。

EV:7分,FCV:7分。

低温性能对比

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在低温下,锂电池电解液会变得粘稠甚至凝结,会导致充电效率大幅降低,因此会导致续航降低。

根据相关研究发现,在低温环境下,比如我国东北地区,电动汽车行驶续航里程最多缩减44%。

如果温度继续降低,电池内部的电解液就变得更加迟钝,如果长时间在低温环境下使用,或者在-40℃低温下时,锂离子电池可能会被“冻坏”造成永久损害。

燃料电池汽车中的核心燃料电池,在无特殊处理或辅助工具的情况中,在低于0℃的工作环境下,阴极侧反应生成的水易结冰导致催化层、扩散层堵塞,阻碍反应的进行,并且水结冰产生的体积变化也会对膜电极组件的结构产生破坏,降低燃料电池性能。

当前燃料电池汽车一般均有辅助系统进行保护,因此主要是低温启动方面需要进行突破,国内仅能达到-20℃的水平,国外已达到了-40℃的水准。

因此总体上,燃料电池汽车在低温下比纯电动汽车有着较好的适应性,纯电动汽车在低温技术方面还需要进行突破。

EV:5分,FCV:8分。

基础设施对比

6.jpg

纯电动汽车的基础设施主要是充电桩或者充电站,燃料电池汽车基础设施为加氢站。

当前充电桩相对加氢站数量较多,较为成熟。

在建设成本方面,根据公开数据整理,一座超级充电站的建设成本约9000美元,停车场充电桩建设成本约6000美元,家庭充电站建设成本约1000美元;而一座简易加氢站建设成本为75万美元,一体化大型加氢站建设成本为210-330万美元。

因此无论从基础设施的普及度还是建设成本上看,纯电动汽车均优于燃料电池汽车,当然充电基础设施现阶段仍然不够用,不能匹配需求,仍有一定空间。

EV:8分,FCV:5分。

售后对比

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纯电动汽车结构相对简单,核心部件主要包括动力电池、BMS(电池管理系统)、电机、发动机等;燃料电池汽车结构较为复杂,核心部件主要包括燃料电池电堆、储氢罐、氢气供给系统、空气供给系统、水管理系统、电机等。

而且我国当前纯电动汽车电池技术处于世界第一梯队,售后相对简单且成本低,燃料电池系统复杂且较多环节设备均依赖进口,设备昂贵,因此售后难度大、成本高。

因此,汽车售后的维护保养方面,纯电动汽车现阶段优于燃料电池汽车,但是燃料电池汽车还有很大空间,当然纯电动汽车也面临着电池回收处理的难题。

EV:8分,FCV:6分。

投资对比

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当前,燃料电池汽车市场还处于发展初期,纯电动市场的投资热度以及数额均远大于燃料电池汽车。

纯电动汽车方面。美国戴姆勒公司计划在其位于美国阿拉巴马州的图斯卡鲁萨工厂增投 10 亿美元,以扩建一个 100 万平方英尺的生产车间。

据称,该工程将于 2018 年动工,预计在2020年初生产一款电动SUV。

2018年10月,上汽大众总投入170亿元,计划于2020年建成投产新能源汽车工厂。

2018年光上半年,新能源汽车全产业链投资累计超过2万亿元人民币。

跨界行业投资电动车的案例也很多。今年6月份,恒大集团董事长许家印在一周内连续宣布投资两大造车基地,总投资2800亿。

燃料电池汽车方面。据统计,2018年氢燃料电池产业相关投资及规划资金约850亿元;2019年上半年,氢燃料电池投资约为1000亿元。

因此在我国当前市场情况下,两种汽车投资数额差别巨大。

EV:8分,FCV:5分。

造车难度对比

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我国优先支持发展了纯电动汽车,经过10年的培育发展,产业已经较为成熟,目前我国已经成为了世界第一大的电动汽车市场。

电机技术成熟,电池技术也属于一流,因此汽车出现问题维修较为方便。

而燃料电池汽车还处于发展初期,核心的电池技术不足,而且汽车中涉及到的储氢系统、压缩机、氢气循环泵等关键设备均依赖国外,因此一旦需要进行维修,必须从国外调货导致维修时间大幅度拉长。

EV:9分,FCV:5分。

发展潜力对比

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在8月31日举办的2019中国汽车产业发展国际论坛上,财政部经济建设司一级巡视员宋秋玲表示要做优做强纯电动汽车,巩固纯电动汽车领域的优势。

虽然纯电动汽车已经经过10年的发展,但是鉴于当前我国国情和国家政策的支持,纯电动汽车市场仍然会有很大空间。

燃料电池汽车由于成本高、技术不成熟、基础缺乏等一系列的原因,当前市场仍处于初期,发展也会有很多困难,但是燃料电池汽车属于真正的零排放交通工具,随着能源转型的推动和经济的不断发展,技术、成本、基础设施等方面的问题都会得到解决,因此未来发展空间极其巨大。

EV:8分,FCV:10分。

对比总结

将纯电动汽车和燃料电池汽车10项因素的对比整理在一个表格中,具体如下。

通过以上纯电动汽车和燃料电池汽车10项因素的比较,纯电动汽车在车辆成本、能量效率、基础设施、售后服务、投资情况和造成难度这6项因素的得分均大于燃料电池汽车。

燃料电池仅在续航里程、低温性能和发展潜力3项因素上的得分大于纯电动汽车,需要注意的是,两种汽车在安全性方面得分持平,说明在安全上均存在一定的问题且程度相若。

最终总得分,纯电动汽车为76分,燃料电池汽车为65分。从各自的总得分上可知,在当前我国新能源汽车行业现状下,纯电动汽车仍为我国主力汽车,但燃料电池汽车并未落后纯电动汽车太多分数,因为燃料电池汽车确实有着纯电动汽车不可比拟的优势,在某些关键方面解决了纯电动汽车难以解决的难题。

同时,两种新能源汽车离100分的总分均有不少距离,科技水平决定发展前景,当前存在的尚未突破的多种技术难题是阻碍我国未来实现交通清洁化的关键点,因此需要通过不断的创新和技术进步来实现真正的生态中国。


原标题:用数据说话:电动汽车与氢燃料电池汽车全面对比

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