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特斯拉卡车今年交付,丰田的氢电池车急需挽尊(组图)

新闻来源: 爱范儿 于2022-08-11 22:10:44  提示:新闻观点不代表本网立场

丰田的第一款纯电动汽车 bZ4X,5 月份上市。日前有媒体曝光其向车主发送「召回邮件」——短途行驶时,车轮可能会脱落。

对于曾经地位不可撼动的混动先驱丰田来说,第一款纯电动车实在来得太晚,第一件丑闻又来得太快。遥想二十多年前,世界第一款量产混合动力车普锐斯问世,连好莱坞最炙手可热的明星莱昂纳多·迪卡普里奥都为之心折。

丰田研究镍氢电池、锂离子电池多年,清楚锂电池的能量密度上限,认为混动技术只能作为「过渡」,氢燃料电池才是终极选择。

丰田的判断是科学的,发展的道路是曲折的。横空出世的特斯拉,让锂电池、锂矿以及整个电动汽车行业,成为近年最受关注的商品领域,也促成了世界各国「减碳」目标下最有前景的制造领域。



▲ 五年过去了,电动卡车 Semi 终于面世

近日,马斯克宣布电动卡车 Semi 今年交付,又给锂电池卡车界打了一剂强心针。

今年以来,锂矿价格疯涨,各大车企全球抢矿。广汽称自己给宁德时代打工,宁德时代表示利润十分微薄。无「锂」寸步难行之下,氢燃料电池再度回到大众的视野。

丰田 vs 特斯拉,两条路线之争


九十年代末,丰田第一代混动车普锐斯面世时,特斯拉还没诞生。十五年后的 2012 年,普锐斯系列全球销量达到 400 万辆。

同一年,特斯拉推出了 Model S,证明电动汽车虽然价格昂贵,但续航不差,动力也不差,完全适合家用。从那以后,「环保」的代言人不再是丰田,而是特斯拉——绿色交通领域的新领袖。

丰田忽略了特斯拉代表的时代意义。虽然丰田也投资了特斯拉,但它认为这家初创公司不是一个威胁,而是一个可以补充自身产业链条的小角色。

两家公司并不在同一领域里竞争,丰田是全球汽车业巨头,特斯拉只是个美国小型汽车制造商。另外,丰田把混合动力视为权宜之计,是氢燃料电池就绪前的替代品。



▲ 去年秋天上市的夜光版普锐斯

丰田忽略了一些看似微妙却要引发风暴的「蝴蝶效应」因素。确实,混合动力汽车只是通向清洁燃料汽车的桥梁,但丰田搞不清这座桥的长度。黑莓拒绝模仿 iPhone,丰田也看不上特斯拉,因为黑莓认为未来十几年还需要物理键盘,丰田认为未来几十年还需要汽油。

特斯拉的扩张,一个更大的背景是世界各国政府都在着眼「绿色经济」,限制或禁止化石燃料汽车。各项政策出台的时间,比丰田预计的要早得多。政策带来的大量补贴,促进了电动汽车价格的下降,充电基础设施的扩充,也带来了更多消费者的青睐,而氢燃料电池汽车一切都还没准备好。

为了保护已经砸进去的投资,也为了坚持自己的判断,丰田一直在大力游说各国政府、特别是美国政府,大张旗鼓反对电动汽车。既然不能影响对手,至少也要影响裁判。

但时间不多了。iPhone 和 Android 手机推出后,黑莓的销量也持续增长了好几年。如今,黑莓在手机市场的份额为零。

汽车市场的变化比手机市场的变化慢,丰田还是紧赶慢赶地推出了 bZ4X。「bZ」,beyond Zero,代表「超越零」排放电动汽车;「4X」意思是紧凑型跨界 SUV,类似同等尺寸的 RAV4。该车由 e-TNGA 平台打造,丰田和斯巴鲁联合开发,将在 2025 年前推出七款纯电动 bZ 车型。

bZ4X 的数据不是很好看,加速不是很快,续航也不是很长。前驱、四驱两种车型,0-100 km/h 加速时间分别为 8.4 秒、7.7 秒。两种车型均搭载容量 71.4 kWh 的锂离子电池包,续航里程分别为 460 公里、500 公里。



▲ bZ4X 把方向盘转动角度设定为±150°,驾驶员无需换手打轮即可完成转向操作

最大亮点或者叫噱头,是它的太阳能电池板全景天窗,每年可为汽车行驶供电近 1800 公里,这一数据还没有得到验证。

来不及验证「天窗发电」的实用性,有着 25 年电动化经验的丰田,第一款电动车 bZ4X 就被曝光「掉轮子」。

技术 vs 政治,路线之争背后

锂电池和氢燃料电池之争,是两条路线的斗争。

从技术路线的角度而言,氢燃料电池的使用范围、加油时间、寿命、可回收性、耐用性、能量密度,都好于锂电池。丰田钻研动力电池多年,对氢燃料的优势的坚定信心,不是没有依据的。

像氢燃料电池,三到五分钟就能充满。锂电池组要充七八个小时,充太快会烧坏。像锂电池一般有 500 到 800 个充电周期,叠加上驾驶员的驾驶方式,车子的寿命七到十年。而氢燃料汽车开二十年没问题。

像锂电池电动车,温暖的地方比较适合,但高纬度或寒冷地区就不行。之前有北京特斯拉车主吐槽自己养了一位「电动爹」,一个原因就是冬天得盖着毛毯开车——不敢开空调,电量掉得太快。而氢燃料极冷极热都不怕,飞出地球的航天器必备。



▲ 1937 年,德国 “兴登堡号” 飞艇在高空爆炸,直接导致了飞艇行业的没落

最根本的还是能量密度问题。氢能量密度高,是宇宙中最轻的元素,氢燃料电池因此有明显的重量优势。锂电池组很重,重到货车根本没法用,这也是迄今为止氢燃料电池在公交车、大货车上广泛应用的原因。

某商用卡车制造商的数据显示,一辆载重二十吨的货车,自重七吨,锂电池组两吨半,续航 200 公里,剩下载重十吨的空间;如果里程加到一般值 500 公里,至少再加三吨的电池组,这时只剩下载重七八吨的空间——货车拉太少,就没有盈利可言了。

很多人要问,随着技术的发展,锂电池的能量密度会提高吗?

不会。这是物理原理决定的。电池的作用就是氧化还原反应,得到或失去电子,才产生电流。电子的密度就是能量的密度。适合做电池的五个元素,电子利用率分别是氢(100%)、碳(66%)、硼(60%)、铍(50%)、锂(33%)。

特斯拉用的钴酸锂电池,已经是市面上最「完美」的锂电池,和碳氢化合物石油相比,差不多有五十倍的能量密度差距;和氢燃料电池的能量密度差距就更大。

比化石燃料更「强大」的能源,只能是氢能源、核能源。

氢燃料电池的前途如此光明,为什么丰田没能走通?

首先还是保存难度。纯氢具有爆炸性,「兴登堡号」空难就是氢气爆炸导致,从那以后飞艇都改用氦气了。

其次是效率低,因为得到纯氢,要么靠化石燃料提纯精炼,过程不环保——产出氢气时会排放硫化物等毒性物质,缺乏有效检测的手段;要么靠电解,效率过低,其间会损失一半的能量,再冷却、运输、储存,又消耗了更多能量。

加上配套的基础设施少,早年开发氢燃料电池的汽车制造商也意兴阑珊起来。



▲ 沃尔沃、戴姆勒、Traton 计划在欧洲组建电动卡车充电网络

这就涉及到政治路线的问题了。

欧洲车企在 20 年前开始布局氢燃料电池,奔驰、福特、日产在加拿大合资开发燃料电池。德国汽车产业在欧洲占主导地位,但一直走清洁柴油路线,达标欧盟的标准,这一选择导致氢燃料电池的应用难以落地。

「排放门」事件后,欧洲也开始转向锂电池电动车。大众最积极,因为它既没有新能源技术的积累,也没有燃料电池的家底。奔驰也放弃了氢燃料电池乘用车的技术路线。戴姆勒和沃尔沃合资开发商用车的氢燃料电池。

如今锂电池汽车市场,美国、中国实力强劲。美国一直走锂电池汽车路线,坚持氢路线的丰田和现代,所在的日本和韩国的市场很小,多年游说,也没能过多打动美国的主力乘用车市场,不过拿下了美国氢燃料商用车的大部分市场份额。

中国的电网、石油企业都有较强的稳定性,加上国内市场巨大,支持锂电池已经取得效果。2018 年李克强总理去日本考察之后,国内的氢能源市场逐步启动。以「内循环」的市场体量,足以同时发展锂电池和氢燃料电池,布局乘用车和商用车市场。

储能电池 vs 燃料电池,现实与未来


北美东部时间 8 月 10 日,马斯克在社交媒体上宣布续航里程 500 英里(长续航版,804 公里)的电动卡车 Semi 今年交付。这款 2017 年「露脸」后一直跳票的「重卡」,忽然现身。

纯电动的 Semi,想要重复 Model S「颠覆」普锐斯的故事,挑战「大载重长续航」、主打氢燃料电池的重卡领域。

据马斯克表示,Semi 拥有 500 kWh 的电池能量,最大续航里程超过 1000 公里。配备最新的 4680 全极耳电池,能量密度相比原先的 18650 电池提升了 500%,输出功率提升了 600%,但需要良好的散热条件。

其搭载 4 台电动机,系统综合功率超过 1000 马力,满载 40 吨货物时,0-100 km/h 加速时间是 20 秒,空车状态下 5 秒即破百。头部采用「子弹头」设计,风阻系数仅为 0.36,可以更好地降低电耗。



▲ 7 号电池、5 号电池、18650、2170 和 4680 电池对比


Semi 的电池组重量尚未曝光,目前还无法估算它的实际载货量、并和其他氢燃料重卡进行比较。可以参考的数据是,一辆 Model Y 大约需要 960 颗 4680 电池,电池组重量在 800 千克左右。

氢燃料电池卡车的情况是,根据北京、上海和广州的物流车燃料电池与锂电池运营数据,燃料电池的日均行驶里程是锂电池的近两倍。相同续航的情况下,燃料电池车的载重比锂电池车的载重略高 5%。

需要注意,8 月 9 日,特斯拉刚签署了一份价值约 50 亿美元的合同,从印尼的镍加工公司购买电池材料,相当于下场「抢矿」。另外,特斯拉也从博世和 SAFT「挖了人」,那些人是搞燃料电池和氢氟酸电池的。



▲ Hyperion 的第一款氢动力超级跑车 XP-1


目前来看,氢燃料电池的应用敌不过锂电池,最根本的问题是二者类型不同,能量转换差异大。锂电池是储能电池,氢燃料电池是燃料电池,后者要多出一个消耗能量提炼能源的步骤,不像前者直接可以储存电能,效率大打折扣。

燃料电池和储能电池的商业逻辑也完全不同。燃料电池行业类似燃气供暖行业,要通过不断开发新项目累积现金流,再去投新项目来重复滚动。中国目前卡车保有量 3600 万,乘用车是 2.4 亿,体量差异巨大,燃料电池靠单个环节很难赚到钱。

氢能源界有「死亡谷」之说:在行业规模没有达到某个数量之前,整个商业链条都会亏损,现金流一直为负。临界点在哪里呢?美国能源署估算,年产十万台氢能汽车时,才能与电车平价。中国年产在 1000 台左右。

「死亡谷」阶段完全依靠国家的补贴,但补贴规模多大、如何落地,都很难精确判断。



▲ Nikola 成立于 2015 年,是一家美国混合动力卡车设计公司,主营氢能重卡和加氢站业务

氢燃料电池公司的运营方式,会像燃气公司一样,「拿下」一个个不同的城市、区域,建立加氢站、装车。而且具有排他性,一家公司运营一个地区,其他家就不能运营,这就意味着一旦拿到某一个区域,至少能获得十年左右的补贴。

美国氢燃料电池重卡公司 Nikola,模式就是客户买车,无需为加氢付费。公司负责在物流公司两端的仓库设好加氢站,或者租车给客户,保证跑线路的客户足够盈利。

最关键的是,现实是现实,未来是未来。

氢燃料电池的上限,谁也不知道,毕竟氢是宇宙中最丰富的元素之一。而锂电池的上限很明显,矿产总有一天会挖完。
网编:睿文

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