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爱驰大挑战:甲醇氢燃料电池汽车

文字:[大][中][小] 发布时间:2019-11-12  浏览次数:88

全球首款搭载甲醇高温重整制氢燃料电池系统的电动跑车——Gumpert Nathalie,是爱驰德国子公司爱驰恭博的产品

“完整地叫:甲醇重整制氢高温燃料电池电堆作为增程器的动力总成解决方案。”

11月8日,爱驰汽车联合创始人兼总裁付强,在爱驰嘉定技术中心面对几十家媒体,如此描述爱驰汽车在纯电动之外的另一个动力系统解决方案。

这种方案,等于是甲醇重整制氢+氢燃料电堆+纯电动汽车。看起来有点反常识,一般而言,能量转化过程越多,损耗越大,效率越低;同时,系统越复杂,出错概率越高,稳定性越差。但这一方案中,能量在车上要转换4次(甲醇化学能-氢化学能-电能-动能),同时车内有3个能源转换系统(制氢、发电、电驱)。

挑战巨大不言而喻。爱驰为什么选这个技术路线?方案具体是怎样的?可行性如何?来听听付强和爱驰汽车副总裁吴畏的解答。

爱驰大挑战:甲醇氢燃料电池汽车

爱驰为业界所熟知的是纯电动汽车创业公司,首款车U5已经亮相,将在近期上市。为什么爱驰在纯电动之外,还需要一个新的动力系统解决方案?

“电动化在应用层面,还是有一些痛点,比如说里程焦虑症、充电便利性(难题)仍然存在。”付强说,在局部市场,在公路干线交通中,纯电动汽车应用可能没有问题,但是支线交通还有问题。“如果电动化的趋势不变的话,我们需要一个解决方案。”这一方案,在电驱动的前提下,要实现更长续航里程和更方便的能源补给。

爱驰大挑战:甲醇氢燃料电池汽车

付强强调,做甲醇重整制氢燃料电池汽车不是心血来潮,而是有长期考虑。他说,2017年年初,爱驰在为纯电动平台和U5做规划时,考虑到未来的市场,纯电动不能单一地解决需求,所以也考虑了别的技术路线,也包括混动和增程。“有一点很明晰,我们不再去触碰任何石化燃料,就是目前的汽柴油和内燃机解决方案。”

最后,各种选项逐渐排除,可选项不断收窄,“到我们觉得应用氢还是比较重要的”。

为什么不是直接做氢燃料电池车?

“在全国范围内形成一个以供氢的网络,达到现在石化燃料的水平,我认为没有二三十年根本做不到的。如果我们认为氢是未来的话,那怎么能够解决氢能源的问题,这是我们当时思考的路径。”付强说。

付强还指出一点,氢的来源分在线制氢或者集中制氢,取决于不同落地的应用场景的情况。比如说像大型车,可能更适合于集中制氢;像小型车,有一些地方氢基础设施容易形成,有财力,但有的地方它就不行,那么就是适合在线制氢,也就是甲醇重整制氢。

吴畏也解释说,氢的最主要问题是很难储存,很难运输,甲醇正好可以作为氢的很好载体。“哪怕以后纯氢燃油电池发展起来,甲醇可能也是一个不可替代的运输媒介。”

在加注方面,加氢站建设往往高达上千万。但是付强介绍,将加油站改建为甲醇加注站,费用仅7-15万人民币。“我们没给社会重新添麻烦。”

电驱是必然方向,由此又选定了氢来发电,然后又选择了甲醇重整制氢。现在爱驰的问题是,怎样在车上实现这个能源转换的过程。

“重整器已经不是新的技术。”吴畏说,高温燃料电池也在固定电站上用得非常广泛。

“其实(这一解决方案所需)技术都在,它不是我们发明的。像重整器,像高温燃料电池,像空压机,而且每个领域人家都是专业的。”付强强调,整车厂不是各项技术的发明者,而是整合者。“我们为了把合作搞得更紧密,可以从资本层面介入到他们那里面去。”

爱驰从资本层面介入技术提供商的最重要举措,在于投资了丹麦的蓝界科技。

11月7日,在进博会同期活动“全球汽车发展趋势论坛”上,爱驰汽车与丹麦甲醇燃料电池研发和制造公司Blue WorldTechnologies(蓝界科技)签署战略合作框架协议,围绕技术、产品、服务、前瞻、投资等领域展开合作。爱驰成为蓝界科技管理层之外最大股东。

蓝界科技成立时间不长,但创始团队有在燃料电池界的长期经验。

蓝界科技的官方网站上介绍说,该公司专注于开发和生产甲醇重整制氢燃料电池零件和系统,特别是在汽车上的应用,用于取代内燃机。

爱驰大挑战:甲醇氢燃料电池汽车

蓝界科技的甲醇重整制氢燃料电池系统,已经先安装到了爱驰德国子公司爱驰恭博的产品GumpertNathalie上。Gumpert Nathalie是全球首款搭载甲醇高温重整制氢燃料电池系统的电动跑车。

吴畏介绍,Nathalie已经跑了5万公里,“证明这套系统是没有问题的”。

在爱驰嘉定技术中心,我们也看到了爱驰将动力电池底盘改造过的甲醇重整制氢燃料电池底盘。在这一底盘中,动力电池仍然还有三分之一的空间。吴畏介绍说,当前方案还会有18度电池,目前采用的也是宁德时代的三元电池,但是属于功率性电池,而非能量型,充放电倍率性能更佳。目前,这一底盘还不包括甲醇罐,未来爱驰希望将甲醇罐也集成到底盘上。

爱驰大挑战:甲醇氢燃料电池汽车

从蓝界科技官方网站看,甲醇罐则在底盘后方到后轴之间。

爱驰大挑战:甲醇氢燃料电池汽车

18度动力电池也不算少,爱驰可能也会提供插电方案,也就是可以外接充电,很多城市内短途的代步需求,也许日常充电就能解决。

这一方案中的高温燃料电池堆,如同现在国内的氢燃料电池汽车一样,实际是一个増程器,并不是全功率直接驱动汽车的。而是会在一定功率下,给动力电池充电或者参与直驱。当直驱+动力电池驱动时,这里是一个混动模式。

甲醇重整制氢高温燃料电池堆,和现在普通氢燃料电池堆,最大区别是,前者加注甲醇,在车上产生氢,而后者需要加注氢气。当然,缺点是,这一系统仍然排放二氧化碳,并非零排放方案。但是如果全生命周期考察,付强提供的数字是,与电力(煤电占比重超过50%)相比减少40%碳排放,与汽油车相比减少67%碳排放。和内燃机相比,这一系统也不排放有害气体。二氧化碳如果加上捕获处理装置,也能控制排放。蓝界科技的底盘最后面圆筒状的装置,可能就是一个二氧化碳捕获处理装置。

爱驰大挑战:甲醇氢燃料电池汽车

总体而言,确实这一解决方案中的各项技术都不是新技术,在其他领域都有应用,但是集成在一起,并且装载在运动的车辆上,还是巨大挑战。

吴畏表示,这正是爱驰正在努力的地方,将各项系统集成管理,将各种部件、系统都做到车规级。至于系统的效率,他表示,“甲醇重整的效率很高,可以达到百分之九十几,甚至达到百分之百。但是燃料电池效率可能会下来,大概60%。总体是百分之五十几,中间可能还有些消耗,转化效率可以达到45%,这已经很高了。”

在11月7日的进博会“全球汽车发展趋势论坛”上,蓝界科技首席商务官Mads Friis Jensen,被要求用一句话总结甲醇燃料电池汽车的好处。

他就说了一个词组:cost-effective(划算的)。

根据爱驰的计算,百公里能源成本方面,甲醇燃料电池汽车可以达到10.5元,和用私桩充电的电动汽车接近,比汽油、直接用氢的燃料电池汽车要便宜非常多。

爱驰大挑战:甲醇氢燃料电池汽车

付强、吴畏认为,不仅仅是使用成本,全生命周期来看,甲醇燃料电池汽车也是更经济的。

制造成本方面,按爱驰规划,2023年规模化生产之后,制造成本将优于纯电动汽车。

爱驰目前已经与山西高平市签约,建设甲醇制氢燃料电池动力系统制造基地。

基础设施方面,如前所述甲醇加注在加油站基础上改造,只需要增加7-15万元。

在运输方面,由于甲醇在-97.0 °C to 64.7 °C都是液体,比较方面长距离运输,而且可以长时间储存。

在甲醇价格方面,吴畏表示,目前甲醇在2100元/吨,但最便宜的可以做到700元。产量方面,根据工信部解读《关于在部分地区开展甲醇汽车应用的指导意见》,2017年国内甲醇产能为8351万吨、产量为6147万吨,开工率约74%,处于产能过剩状态。

从账面上看,甲醇燃料电池汽车经济性确实不错,当然能否落地,还要看各系统落地表现。

爱驰汽车新提出的甲醇燃料电池汽车方案,和纯电动汽车相比,根本不同在于,试图从整个能源系统的角度,去解决交通出行的节能、减排、降本的问题,而不是从单一环节入手。但是其牵涉面也很广,不仅要做好车上的动力系统集成,还需要动员能源生产企业、储运、加注企业的联动推进,挑战着实不小。

付强倒是对这一解决方案颇为自信,甲醇和氢目前的势头正好。而且,“我们不需要大风。”他说,“有点小风我们就能够飘起来。”


来源:盖世汽车