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電動汽車與氫燃料電池汽車的全面對比

2019-09-17

  純電動汽車(EV)與燃料電池汽車(FCV),被認為是將來新能源汽車行業(yè)的兩只主力軍,它們均有著電氣化、綠色清潔和無噪音的特點,然而由于核心技術的不同,它們在很多方面存在著巨大差異。正因為這些差異,兩種汽車在新能源汽車行業(yè)發(fā)展的道路上就像一對“注定的對手”,一直處于對比和爭論的風頭浪尖之中。

  有爭論就有競爭,對于行業(yè)本身實際上起到了優(yōu)化促進作用,通過不斷的爭論和競爭,未來要么“勝者為王”,要么“齊頭并進”,最終走向最優(yōu)的結果。當然在行業(yè)發(fā)展的不同階段,它們之間的差異程度會有所不同,那么在當前我國新能源汽車市場現(xiàn)狀下,作為如今熱度極高的兩類新能源汽車,假如通過分數(shù)來進行評判,總分100分,那么純電動汽車和燃料電池汽車各自分數(shù)有多少,誰的綜合總分數(shù)更高呢?

  無論是EV還是FCV,電池系統(tǒng)都占了整車的大部分成本,動力電池系統(tǒng)占整車成本約40%,燃料電池系統(tǒng)占50%。在整車成本方面。在國家補貼基礎上,純電動汽車已經較為普及,其價格與普通燃油車接近。但是燃料電池汽車仍然較為昂貴,單電池系統(tǒng)成本就達到了1000美元/KW,長遠看需降到50美元/KW才能大規(guī)模發(fā)展。

  在消耗成本方面。純電動汽車按照每度電價0.5元計算,每天行駛200km情況下,電費為18元左右,每公里0.09元。燃料電池汽車,按氫單價40元/kg計算,一次加滿跑500公里,每公里0.4元,消耗成本遠高于純電動汽車。因此燃料電池汽車相對純電動汽車成本沒有優(yōu)勢,同時都有一定的成本降低空間。

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  由于鋰電池能量密度的限制,純電動汽車續(xù)航與車重成正比,當前續(xù)航里程范圍在200~500km之間,續(xù)航最大的為特斯拉Model S,而且純電動汽車充電時間較長,就算拋開電池風險,快充也需要半個小時。燃料電池汽車續(xù)航可以輕松達到500km以上,其續(xù)航里程主要跟汽車載氫量相關,而且氫氣的加注類似于加油,效率極高。

  從系統(tǒng)整體上看,系統(tǒng)及結構決定了兩種汽車的續(xù)航存在差距,純電動汽車續(xù)航的提高需要動力電池技術的突破,因此也存在一定的提升空間。純電動汽車的電主要來源于能源利用轉化后而產生,在我國電力結構基礎上,純電動汽車的電可以說主要來自于煤電。能量轉換過程為:煤炭-電力-鋰電池-放電推動汽車行駛。燃料電池的化學能轉換效率在理論上可以達到100%,實際效率也高達60~80%,是內燃機的2~3倍。

  但是涉及到整車后,由于有氫氣系統(tǒng),整體能量轉換效率將會大大降低。轉換過程為:能源-電力-氫氣-燃料電池-放電推動汽車。因此整體上,純電動汽車能量利用效率要高于燃料電池汽車。

  純電動汽車當前安全性的主要問題是電池安全。電池在運行過程中會發(fā)熱,如果電池系統(tǒng)熱管理不夠好將會有著火風險,而且為了提高使用效率在過充或過放的過程中,電池也會著火,除此之外純電動汽車在事故中發(fā)生碰撞會有電解液泄漏導致起火的風險。

  燃料電池汽車中燃料電池本身危險性不大,風險主要來自氫氣儲存和加氫過程中出現(xiàn)氫氣泄漏導致著火甚至爆炸的風險,氫氣極易燃燒,而且當氫氣在空氣中的體積濃度在4%~75.6%之間時,遇火源就會爆炸。因此它們均存在一定危險,也均有一定的改進空間。在低溫下,鋰電池電解液會變得粘稠甚至凝結,會導致充電效率大幅降低,因此會導致續(xù)航降低。

  根據(jù)相關研究發(fā)現(xiàn),在低溫環(huán)境下,比如我國東北地區(qū),電動汽車行駛續(xù)航里程最多縮減44%。如果溫度繼續(xù)降低,電池內部的電解液就變得更加遲鈍,如果長時間在低溫環(huán)境下使用,或者在-40℃低溫下時,鋰離子電池可能會被“凍壞”造成永久損害。

  燃料電池汽車中的核心燃料電池,在無特殊處理或輔助工具的情況中,在低于0℃的工作環(huán)境下,陰極側反應生成的水易結冰導致催化層、擴散層堵塞,阻礙反應的進行,并且水結冰產生的體積變化也會對膜電極組件的結構產生破壞,降低燃料電池性能。

  當前燃料電池汽車一般均有輔助系統(tǒng)進行保護,因此主要是低溫啟動方面需要進行突破,國內僅能達到-20℃的水平,國外已達到了-40℃的水準。因此總體上,燃料電池汽車在低溫下比純電動汽車有著較好的適應性,純電動汽車在低溫技術方面還需要進行突破。


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