前不久，豐田牽頭與國內(nèi)一汽、東風(fēng)、廣汽、北汽以及億華通聯(lián)手，成立了一家新的合資公司，名為聯(lián)合燃料電池系統(tǒng)研發(fā)有限公司。以氫氣為首的燃料電池系統(tǒng)因其補能速度快的特點，被看做是新能源發(fā)展的一大方向。

作為汽車行業(yè)的一大巨頭，豐田公司已經(jīng)在燃料電池領(lǐng)域持續(xù)投資并且研發(fā)多年，并成功推出可量產(chǎn)的氫氣燃料電池汽車Mirai。豐田此次重資大規(guī)模與國內(nèi)多家知名廠商聯(lián)手的舉措，也被認(rèn)為是燃料電池提速發(fā)展的新曙光。不過在這次成立新合資公司的公告也明確表明，新研發(fā)的動力系統(tǒng)主要面對“商用車為核心”的市場。合資并未提及大家最關(guān)注的“民用乘用車”市場，所以氫能源到底有多難？現(xiàn)階段技術(shù)發(fā)展到了什么程度？未來氫能源真的可以取代已經(jīng)大規(guī)模發(fā)展了的純電動技術(shù)嗎？

從技術(shù)定位來說，氫能源屬于燃料電池技術(shù)當(dāng)中的一個分支。按照廣義定義，凡是通過氧化還原反應(yīng)，可以將燃料內(nèi)化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的發(fā)電裝置，都可以被稱為燃料電池。可以使用的燃料種類也很多，既可以是氫氣、甲烷等可燃氣體，也可以是乙醇、汽油等可燃液體。氫氣作為其中最受關(guān)注的明星，主要還是因為其完全不含碳元素，可以真正實現(xiàn)0碳排放的愿景。

包含氫燃料電池在內(nèi)，燃料電池系統(tǒng)確實可以實現(xiàn)類似現(xiàn)在汽油車類似的快速補能效果，但是除此之外，燃料電池系統(tǒng)還需要面臨多種生產(chǎn)上，技術(shù)上甚至天生劣勢。燃料電池系統(tǒng)現(xiàn)在距離成熟還需要極長的發(fā)展時間，甚至很有可能不會迎來大家最期盼的“民用”。

首先是燃料電池系統(tǒng)本身的啟動時間。根據(jù)中國汽車技術(shù)研究中心在2019年公布的氫燃料電池發(fā)展研究報告來看，燃料電池系統(tǒng)從冷機狀態(tài)，進入到可以穩(wěn)定發(fā)電的狀態(tài)需要較長時間。啟動速度最快以質(zhì)子交換膜技術(shù)，也需要數(shù)分鐘，一些大型燃料電池甚至需要數(shù)小時的啟動時間。這與目前汽車廣泛采用可以“秒啟動”的內(nèi)燃機和電動機都擁有巨大差異。此外，即使燃料電池系統(tǒng)已經(jīng)順利開機啟動，啟動之后的調(diào)速性能也很差，通常只能以固定功率輸出電能，對于需要頻繁加減速，功率需求多變的車輛行駛環(huán)境并不相匹配。因此，如果汽車采用燃料電池作為動力，還需要一套作為緩沖使用的電池和電驅(qū)電控系統(tǒng)。此時的車輛更像是一輛燃料電池與蓄電池的混合動力汽車，燃料電池與蓄電池串聯(lián)。燃料電池先發(fā)電暫存在蓄電池當(dāng)中，再由蓄電池輸出電能供電動機驅(qū)動車輛。

其次，燃料電池的能量轉(zhuǎn)化效率并沒想象高。雖然從理論上，擺脫了卡諾循環(huán)的燃料電池能量轉(zhuǎn)化效率可以高達80-90%。但是實際由于溫度、內(nèi)阻等多種原因，目前燃料電池的實際能量轉(zhuǎn)化效率通常在40-60%左右，與理想值有較大差距。而內(nèi)燃機方面，現(xiàn)有小排量汽油發(fā)動機熱效率已經(jīng)可以達到40%左右，中等排量柴油機熱效率已經(jīng)突破50%。在巨量上漲的成本面前，車用燃料電池的效率提升并不誘人。也許發(fā)電站等大型工業(yè)用途才是目前燃料電池發(fā)展的主要方向。

相較之下，以質(zhì)子交換膜為基礎(chǔ)的氫氣燃料電池具有相對更高的能量轉(zhuǎn)換效率，相對快速的冷啟動性能，質(zhì)子交換膜壽命長以及0碳排放的優(yōu)勢，成為了當(dāng)下研發(fā)的主要方向。

另外，制造和使用成本也是擺在燃料電池普及面前的大難題。根據(jù)報告表示，現(xiàn)階段技術(shù)之下，燃料電池的成本約在300-500美元/KW左右，國內(nèi)成本約在1000美元/KW左右。如果按照家用車需要100KW最大功率計算，燃料電池系統(tǒng)至少也需要300*100=3萬美元，約合人民幣20萬元，國產(chǎn)甚至需要1000*100=10萬美元，約合70萬人民幣。單燃料電池就需要極高成本，再搭配上所需要的混動電動系統(tǒng)以及車輛本身，即使一輛普通緊湊級轎車價格就能輕松超過50萬，這遠不是能夠普及大眾接受的價格。依然參考目前最熱門的豐田Mirai，車輛售價為57400美元或者670萬日元，折合人民幣約40-45萬元。相比此前的小規(guī)模生產(chǎn)車型便宜了許多，但仍然有相當(dāng)長的降成本道路要走。此外，加氫站的建設(shè)成本也遠在充電站建設(shè)成本的數(shù)十倍之上。相比之下，截至2019年國內(nèi)已經(jīng)擁有超過50萬個公共充電樁，2020年開始，充電樁成為中國新基建項目，建設(shè)速度將會更快。

從目前民用車的實際情況來看，采用混合動力技術(shù)可以顯著提升汽車的燃油利用率，尤其在擁堵的城市路段，混合動力汽車可以降低30-50%的燃油消耗。但是根據(jù)實際銷售情況，混合動力汽車依然是市場當(dāng)中的小眾車型，即使單獨談?wù)摽_拉這一款車型，燃油版銷量也超過混動版銷量的10倍之多。省油不省錢，這可不是老百姓所能接受的局面。

曾經(jīng)我在一次氫能源車展上說過，氫能源要想進入千家萬戶，需要經(jīng)歷兩次5%級別的降成本發(fā)展。目前而言，氫能源剛剛結(jié)束了從實驗室到可生產(chǎn)這第一次5%級別降成本。從可生產(chǎn)到可量產(chǎn)的第二次5%級別降成本，還得走在漫漫長路上。

燃料電池技術(shù)已經(jīng)發(fā)展到了什么階段？

根據(jù)報告表述，截至2019年，全球共有大約3000項燃料電池相關(guān)專利。如果以國家綜合專利數(shù)量排名，中國以37%的占有率位列第一。不過中國擁有專利公司和機構(gòu)較多，專利相對分散，如果以公司或者機構(gòu)排位，豐田公司則以295項數(shù)量位居首位。

具體到車型而言，各個國家不少公司都已經(jīng)推出可小規(guī)模生產(chǎn)的實車產(chǎn)品。除了大名鼎鼎的豐田Mirai之外，中國的上汽集團推出了榮威950燃料電池版，峰值功率為50KW。奔馳B級燃料電池版最大功率為80KW，本田Clarity最大功率達到100KW，具有較大技術(shù)優(yōu)勢。在商用車領(lǐng)域，中國、日本、德國、美國也都推出不同車型，燃料電池系統(tǒng)最大功率從30-150kw不等，整車?yán)m(xù)航從200km到600km各有不同，200-300km車型占據(jù)主要車型。

從市場規(guī)模來看，中國2018年共生產(chǎn)了約1619輛氫燃料電池車，其中客車710輛，專用車909輛，沒有乘用車生產(chǎn)。2019年產(chǎn)量雖然有所上漲，但是總量依然只有千輛水平，市場規(guī)模極小。

簡而言之，氫燃料電池汽車的技術(shù)發(fā)展才剛剛由實驗室走下生產(chǎn)線，車輛動力性能、續(xù)航能力和性價比都僅能用剛剛起步來形容。參考純電動汽車的發(fā)展歷史，燃料電池汽車的技術(shù)成熟度大約滯后10-15年，想要達到可商用階段，還需至少3-4代技術(shù)突破。

商用車才是氫能源的正確打開方式？

燃料電池的最大優(yōu)勢在于其可以媲美燃油車的快速補能方式。技術(shù)發(fā)展至今天，純電動汽車也已經(jīng)擁有了不俗的補能速度，續(xù)航500km，半小時充至80%，一小時充滿已經(jīng)不是新鮮技術(shù)15分鐘補充500公里續(xù)航的技術(shù)指標(biāo)也已經(jīng)并不遙遠。對于普遍每年行駛距離僅為1萬公里左右的家用車而言，每年20-30次充電已經(jīng)不算太過折磨。對于可以在家充電的車主來說，充電更非難事，純電動汽車已經(jīng)可以滿足90%的日常城市駕駛需求。更何況找充電站比找加氫站容易許多，補能快速的燃料電池車實際上也不具備長途行駛能力。

面對高昂的成本，行駛里程更長、行駛線路相對固定并且集中的商用車當(dāng)然是燃料電池系統(tǒng)的更好搭配。不論是豐田此次成立合資公司，還是國內(nèi)對于燃料電池汽車的未來產(chǎn)業(yè)規(guī)劃，都更偏重商用車領(lǐng)域。至于家用車領(lǐng)域，純電動技術(shù)已經(jīng)在性價比、技術(shù)成熟度和公共配套設(shè)施上占有了巨大優(yōu)勢，更有希望成為新能源技術(shù)當(dāng)中的主流方案。