燃料电池汽车规模发展的关键点！

今年夏天很多人想必都快被高温逼疯了！所有经历过今年夏天的人或许都会有这么一个感觉：感觉一年比一年热了！

通过了解发现，越来越热的地区不单单只有中国，全球大部分国家地区都经受着温度越来越高带来的高温风险。

可以说，地球越来越“烫”了！到底什么原因导致这种情况？

碳排放的不断加剧导致全球变暖现在已经成为了无可争议的事实，根据IPCC（联合国政府间气候变化专门委员会）去年10月份在韩国仁川发布的《IPCC全球升温1.5℃特别报告》，目前全球气温较工业化前水平已经增加了1摄氏度；全球升温1.5摄氏度最快有可能在2030年达到。

报告同时指出，如果在21世纪末大气中二氧化碳的浓度增加1倍，大部分陆地的平均温度将上升4～5℃，海平面将上升10至90cm甚至更高。

温度每上升1℃，对全人类将存在巨大的风险。

碳排放主要源于能源的消耗，能源的消耗又包含发电、工业排放、交通排放等。

公开资料显示，交通运输行业在全球气候变化中起到了重要的作用，而交通工具的碳排放占据了全球总额的23%左右。

随着全球经济的高速发展，中国已成为全球最大的碳排放国，美国位居第二！而且中国目前是全球第一大汽车市场。

据统计，截止到2018年年底，我国机动车总数达到了3.27亿辆，其中小汽车的保有量大约为2.4亿辆，美国为2.64亿辆，日本为0.74亿辆。

可见降低交通领域的碳排放是降低整体碳排放的关键一环，那么如何降低？

燃料电池汽车是降低交通碳排放的关键

公众认为，汽车碳排放量巨大主要由于目前汽车大部分为燃油车所致。

根据一项最新发表在《科学》杂志上的研究报告显示，如果全世界大规模的使用新能源汽车，那么到2050年的排放量可以减少50%。

碳排放量不断增加的现实下，全球各个国家均大力推广新能源汽车产业，将新能源汽车的发展作为降低交通领域碳排放的重中之重。

传统燃油车的逐步退出是一个不可逆转的全球性趋势。

2017年以来，为了缓解碳排放的压力和气候变暖的问题，西方欧洲国家已纷纷制定了禁售燃油车时间表。

英国和法国计划2040年禁售燃油车，德国和印度计划2030年退出燃油车，荷兰和挪威的新能源汽车发展较快，计划最早将于2025年退出燃油车。

我国目前还没有出台详细的退出计划，但是工信部已多次提到，中国已启动研究制定燃油车退出时间表，因此我国燃油车的退出只是时间问题。

在我国政策的大力支持下，中国已经成为了全球最大的新能源汽车市场。

根据中国汽车工业协会发布的数据显示，2018年，汽车产销分别完成2780.9万辆和2808.1万辆，新能源汽车的产销分别完成127万辆和125.6万辆。

在所有新能源汽车中，大部分为纯电动汽车，占到了总量的78%，由于我国特殊的能源结构，电动汽车虽然看似使用的是电，并不排放二氧化碳，但是电池的电力大部分来自于火电。

根据国家能源局发布的《2018年全国电力工业统计数据》显示，虽然清洁能源发电量比重逐年提高，从2012年的21.27%上升到了2018年的29.69%，但是火电发电量仍占70.92%的比例。

随着清洁能源在我国的进一步发展，清洁能源电力占比会逐步上升。

虽然随着清洁能源发电比例的上升，纯电动汽车会不断摆脱电力来源不是完全清洁的“帽子”，但是目前纯电动汽车发展出现了“致命瓶颈”，就是续航里程。

电动汽车目前使用的电池已锂电池为主，续航里程由能量密度决定，根据其电池的物理化学特性，能量密度很难实现进一步巨大提升，因此纯电动汽车比较适合城市内短里程场景。

燃料电池汽车由于其电池的特性，非常适合长里程场景，目前我国新能源汽车在长里程这一场景下的应用非常不足，而且更重要的是，如今大部分的长里程汽车为柴油车，长里程场景是碳排放的重要部分，

燃料电池汽车是未来新能源汽车长里程的解决方案，而且是真正的零排放，因此是未来降低我国交通碳排放量的关键。

但是2018年燃料电池汽车产销总计才1527辆，占新能源汽车总量仅为0.1%，整个新能源汽车占我国汽车市场的比例也仅为4%。

因此未来，燃料电池汽车对于降低交通领域碳排放的空间很大。

燃料电池汽车大规模化的拦路虎

汽车的规模化意味着真正的完全商业化。当前燃料电池汽车商业化比较困难，人们认为其难点主要为成本高、基础设施不够、储运环节受制约等造成。

但是有一个关键点是人们很容易忽视的，那就是低温性能。

随着我国人民的生活水平的提高，对生活舒适和物质的需求也随之升高，其中表象之一就是私家车的购买量逐渐提高。

由于我国地域面积广阔，因此南北温度差异较大，在我国对汽车使用影响最大的就是低温气候。

在寒冷季节，我国大部分地区的最低温度在0℃以下，特别是北方区域，温度可以达到-20℃，甚至会出现-30℃、-40℃的温度。

无论是燃油汽车、纯电动汽车还是燃料电池汽车，在低温下其性能肯定均会受到一定影响。

燃油车经过了上百年的发展，温度适应范围非常宽，低温性能相对较好。

纯电动汽车在低温环境下性能大幅下降是众所周知的一件事。

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，电动汽车在短时间的低温环境下虽然会有一定影响，但不是致命的。

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。

美国汽车协会（AAA）研究显示，15-26℃之间是电动汽车运行最合适的为温度。

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。

虽然低温下纯电动汽车和燃料电池汽车均会受到一定影响，但是汽车作为一项常用出行工具，其能被广泛使用的一个关键就是其便利性。

因此汽车的启动性能对于汽车的综合使用体验是一项非常重要的环节，如果启动环节就非常慢，何谈便利，势必会影响到用车体验。

纯电动汽车在低温时蓄电池产生化学反应会变慢，充放电效率大幅下降，因此电池的蓄电能量受温度的影响比较大。

温度高的时候存电能量高，低温的时候就变低许多，在不同的温度下，提供的启动能量差别很大。因此低温启动性能就成为衡量电池可靠性的一个标准。

目前，我国燃料电池汽车低温性能方面的主要问题就是冷启动耗费的时间比较长。

燃料电池汽车低温冷启动是指可在0℃以下的温度中成功起动，并可将燃料电池内部温度迅速提升至70~80℃以满足正常运行的性能。

目前我国燃料电池汽车低温冷启动与国外还存在比较大的差距。我们拿现在最成熟的丰田Mirai燃料电池汽车为例。

2014年，国外的一家测试公司对日本丰田生产的燃料电池汽车Mirai做过一项冷启动实验。将一台丰田Mirai停放在室外一个晚上（17个小时）后启动。

结果显示，车辆起动35秒功率为60%，车辆起动70秒功率达100%。

我国相关机构曾对宇通燃料电池客车进行过低温环境的冷起动实验，实验表明燃料电池在-20℃环境中冷冻超过20小时后，需要经过在15分钟后才能成功安全起动。

目前，国外在燃料电池汽车冷启动技术方面处于领先地位。丰田Mirai、本田Clarity、现代NEXO均可以做到-30℃低温快速启动，国内仅能在-20℃～-10℃温度条件下才能实现快速启动。

我国北方很多地区在冬天温度低于-20℃，因此如果燃料电池汽车未来要想在我国进行全国性规模化的发展，必须要进一步提高燃料电池汽车的低温适应范围，提高低温启动性能，保证燃料电池汽车的使用便利性。

燃料电池冷启动技术现状

当前，包括丰田、本田在内的大部分类型的燃料电池汽车，提高燃料电池汽车低温启动性能的方法主要有吹扫、加热和保温。

其中吹扫又包括驻车吹扫、真空吹扫、氢阳催化吹扫、阳极空气吹扫和可变流量吹扫；加热包括冷却液加热、端板加热、阴极空气加热、增加浓差损失和氢氧催化加热；保温包括相变材料保温、真空隔热保温和电热丝加热保温。

以上三种提升燃料电池低温启动性能方法中所包含的子方法大部分属于辅助方法，大多数燃料电池系统冷启动均是通过辅助方法来提高燃料电池汽车低温性能。

但是辅助性冷启动会增加系统的体积和重量，同时会增加操作的复杂性和附加成本。

而且也存在一些隐性问题，比如吹扫会涉及到吹扫过程是否安全的问题，加热会涉及到能量消耗的问题，保温方法涉及无法保证启动效果的问题。

目前各国以及各企业仍然在进行不断的深度研究，解决当前冷启动主要依靠辅助方法来提升燃料电池汽车冷启动的问题。

燃料电池汽车的大规模发展一定要解决低温冷启动的难题，逐步突破无辅助热源冷启动。