1丰田氢燃料电池车初探

　　FCV，亦即燃料电池车，恐怕对于绝大多数读者都是个完全陌生的概念。显而易见的，不再使用化石燃料的燃料电池车，也是新能源车的一种，但相较之国内近几年来被近乎疯狂的热炒的EV，亦即（使用一般电池作为动力来源的）电动车，关于FCV，近乎没有什么人关注。

　　但按照丰田自动车在前不久的2014年6月25日于日本东京都江东区台场召开的“燃料电池车开发进步状况说明会”上所发表的消息。很快，丰田就将正式对民间批量贩售新型燃料电池车（暂称“丰田FCV”，未来商品化后，或将使用其他命名。下文中为叙述方便，将直接使用此暂称），日本本土市场，2014财年度内上市（注1），北美和欧洲的具备加氢站等基础设施的地区，则在2015年夏上市。

　　什么？你问日美欧这种一流发达国家以外的地区？先去问问在那些地方起到主导地位的能源公司（石油公司、天然气公司、煤炭公司等等）有没有大规模制造氢燃料，并建设民间向的供应网络的明确计划再说吧。

　　丰田FCV的定价将是约700万日元（约合42.8万元人民币），于具有良好的氢燃料供给设施的日本四大都市圈周边的丰田自动车旗下的TOYOTA店和TOYOPET店进行贩售。

　　这将是下一个时代的开始。

　　注1：按照日本的会计原则，其财年度为本年4月1日至次年3月31日，“2014财年度”（日文资料中亦有直接写为“年度”的，意义与“财年度”相同）指的是2014年4月1日至2015年3月31日的区间。

2燃料电池车是什么车？

　　燃料电池车是什么车？

　　很多资料当中，将燃料电池车称作一种变种的纯电动车（亦即EV）。这些描述中，将燃料电池车，称作以燃料电池替代了一般电池作为驱动车辆行驶的电力来源的电动车。但实际上，就现在丰田自动车为首的几家对燃料电池车有着明朗态度的车厂所研发和试验的燃料电池车来讲，燃料电池车更接近一台混合动力车。

【HV（混合动力车）、EV（电动车）、PHV（插电式混合动力和）、FCV（燃料电池车）之间的动力系统的不同 注：蓝色部分为电动机，黄色为引擎和油箱、粉色部分为二次电池，水色部分为燃料电池和氢燃料罐】

　　和混合动力车一样，燃料电池车也有搭载一组一般电池作为调节主要动力装置（对于混合动力车来讲，主要动力装置是发动机；对于燃料电池车来讲，主要动力装置是燃料电池组）的输出高峰和低谷，用于能量的储存。比如说，在需要急加速的情况下，可以由PCU（动力控制单元）控制一般电池和燃料电池共通输出电力给电动机进行加速；在符合较低的巡航状态下，则可以将燃料电池发出的冗余的电能输出到一般电池中。

【丰田FCV使用的，由丰田纺织代工的碳纤维材质高压氢燃料罐】

　　换而言之，燃料电池车是以储氢罐、燃料电池组这两个子系统，取代了混合动力车上的发动机、发电机和汽油/柴油油箱，同时，因为不再配置发动机，没有了以发动机直接通过机械传动驱动车轮的功能。直截了当一点的说，这样的燃料电池车，某种程度上也可以称作“氢-电混合动力车”。

【丰田FCV使用的燃料电池】

　　正因为这种和混合动力车的构造的相似性，因此，在拥有了燃料电池和储氢罐这两个重要子系统以及其他相关部件的技术之后，诸如丰田自动车这般，在混合动力技术方面具有较为深厚的积累的车厂能够很快速的研发技术上足够成熟的燃料电池车。

3丰田燃料电池车的发展

　　丰田燃料电池车的发展

　　关于燃料电池车的相关技术，丰田自动车于1992年开始进行相关研发。1996年，搭载燃料电池和贮氢合金燃料罐的丰田FCEV实验车首次对外展示。其后，丰田先后开发了FCHV-3（2001年3月完成，使用贮氢合金储藏氢）、FCHV-4（2001年6月完成，使用高压储氢罐内的气态氢）、FCHV-5（2001年10月完成，使用CHF，亦即碳氢化合物燃料，通过丰田自行开发的改质器来还原出氢，供与燃料电池使用）这三种以不同方式储藏氢气的实验车。

【丰田FCHV-3燃料电池车】

　　2002年12月，丰田自动车正式对外发表基于此前的FCHV-4实验车的丰田FCHV（HEU20W）型燃料电池车，并将以限定租赁方式提供给日本内阁府、经济产业省、国土交通省、环境省各一台或者美国的加州大学尔湾分校、戴维斯分校各一台。2003年8月，同样以限定租赁方式提供给日本的地方自治体（爱知县和名古屋市）、以及民间企业（新日本石油<亦即现JX日矿日石>、东京瓦斯、岩谷产业、东邦瓦斯）。

【丰田FCHV-4燃料电池车】

　　此后丰田对FCHV进行了改进，于2008年6月实现了续航距离和冰点下启动性能的大幅提高。同年9月，对外开始限定租赁改良后的丰田FCHV-adv车型。其极速可达155km/h，续航里程可达到830km（10·15 Mode下测定值），储氢罐贮藏压力70MPa，燃料电池输出功率90kw。

【丰田FCHV-adv燃料电池车】

　　截至目前，丰田研发的燃料电池实验车，在日本与美国有100台以上进行过实际使用，累计行驶里程超过200万公里。

　　而不久后将发售的丰田FCV，相对丰田FCHV-adv实现了大幅改良。其燃料电池的功率输出密度实现了两倍以上的提高，达成了世界顶级水平的3.0kw/L，输出功率达到100kw以上，体积也实现了小型化。储氢罐相对丰田FCHV-adv搭载版本，储藏性能也有了大约20%的提高，达到了世界顶级水平的5.7wt%。

【丰田FCHV-adv燃料电池车】

　　得益于使用升压转化器，丰田此次得以将驱动电机小型化，并将储氢罐从丰田FCHV-adv的4个，改为两个，同时，辅之以改良储氢罐的材料和制造工艺的方法，实现了此方面的充分的低成本化。储氢罐数量的减少，也扩大了车内的可用空间。

【相比早期车型，丰田FCV实现了大幅的性能改良，同时，成本也有了几何数量级的降低，因此可以商品化】

　　不久后将开始量产的丰田FCV，可以实现700km上下的续航距离（此为JC08 Mode下测试值，不能直接将其与此前丰田FCHV-adv的10·15 Mode下测定值比较），燃料补充时间则仅为3分钟左右。可以说，在有相关基础设施提供的日本四大都市圈的周边数百公里范围内，使用丰田FCV，就和使用通常的汽油/柴油车辆，或者混合动力车辆同样便利，完全不用担心电动车的续航能力和燃料补充速度问题。

4电动车与燃料电池车（1）

　　电动车与燃料电池车（1）

　　如同前文所述，纯电动车，亦即EV，在近几年是个相当火热的概念，FCV则对于全球的大多数一般消费者而言，相对陌生。那么FCV和EV各自存在何种优势和劣势？

　　对于使用者而言，EV主要有以下三点优势：1，行驶中不排出任何污染物；2，行驶安静；3，可在自家进行燃料补充（当然，前提是你有私人车库或者地下车库中有对应设施，满足这些前提，方可对EV在自家进行充电）。

【EV类车型的固有缺陷，让其无法完全意义上的替代汽油车，仅仅适合于短途通勤】

　　另外，对于制造厂商而言，EV则有结构相对简单，研发的技术难度相对低等等优势。

　　而EV面临的课题，亦即其本身的劣势则有以下几点：1，续航距离短；2，电池成本高、体积大、重量大；3，充电时间长；4，使用特殊设备才能进行相对快速的充电。而按照现有技术，以及相关技术的发展情况来看，以上这些劣势，是相当难以克服的。

【针对电动车充电慢的问题，Tesla甚至推出了直接更换电池的服务】

　　就算是尚在研发中，2020年代初也未必能够投入商业化生产的锂-空气电池（实际上准确的称呼是“锂氧电池”），其预期的能量密度也只能达到勉强接近一般汽油的水平。也就是说，在可以接受的时间内，电动车的续航距离是难以得到突飞猛进的发展的。而且，降低电池重量的努力，实际上并没有太过明显的成效，EV依旧要承受巨大的重量带来的不利。

　　而在充电时间方面，可以接受的时间内，在不牺牲安全性、电池使用寿命等要求的情况下，完全无法将其降低至类似一般汽油/柴油车辆进行燃料补充（亦即加油）的水平。顺便说一句，正是基于此点，Tesla才推出了直接更换电池来进行“燃料补充”的服务。但这无疑是治标不治本的只吸引眼球，却缺乏实用度的方式。

【由于纯电驱动固有的弱势，DARAP甚至在研发MGV时，直接否决了电动方案的可行性】

　　甚至，DARPA（注2）以及美国数个重量级军火企业在进行FCS项目（注3）中的MGV子系统早期技术验证时，相当早就放弃了曾提出过的纯电力驱动方案。放弃纯电动方案的主要原因就在于，在可预见的未来和可以承受的成本内，无法解决续航能力和燃料补充速度这两个根本课题。

　　而FCS项目中的MGV作为美军的次期陆上主力战斗装备，在拥有比一般民用车的开发、制造成本限制宽松数百倍的情况下，其开发者都断定无法解决这类课题，一般商业公司在驱动系统类似的EV类民用车上，在可预见的未来解决此类课题的可能，微乎其微。

【对于FCV来讲，续航能力和燃料补充速度完全和汽油/柴油车辆，或者混合动力车，毫无区别，同时又拥有EV的使用上的优势，因此，无疑可以说是理想的解决方案】

　　FCV，亦即燃料电池车，则完全不用顾虑这些方面的问题。以丰田FCV这款车来举例，现时下，即可实现高达700km左右的续航距离，将其燃料储存装置，也就是储氢罐，从全空的状态补充至全满，也仅需要短短的3分钟左右。而且，其燃料补充方式，在使用上，与一般汽油/柴油车辆完全相同，对于消费者而言，不需要改变任何使用习惯。

【甚至，FCV对于消费者而言，使用方式都和汽油/柴油车别无二致】

　　同时，EV所拥有的大多数使用上的优点，FCV也同样具备。FCV同样在行驶中不会排出任何污染物（FCV的唯一排放物是纯水），行驶同样宁静，中低速加速能力同样优越，甚至由于FCV在类似车体大小下，车身重量更低，加速能力会更佳。

　　从这些角度来讲，FCV可以说是“终极环保车”，是现时下人类能找到的最好的新能源车的形式。

　　注2：DARPA，亦即Defense Advanced Research Projects Agency，美国国防部高级研究计划署。此机构为五角大楼，亦即美国国防部下属机构，担当研发军事领域的高等科技——好吧，你也可以用俗称，“黑科技”——的任务。美军的大多数最先端项目，均有此机构的深度参与。

　　注3：FCS，亦即Future Combat Systems，未来战斗系统。此项目为此前美国陆军展开的一个替代现有的陆上主战设备的项目，包括一共14个子系统。其中共八款的MGV（Manned Ground Vehicle，有人地面载具）为最核心部分，MGV原本预计替代包括现有的M1战车、M2步战车等美国陆军现有主力地上装甲车辆。

　　2009年4月，五角大楼方面宣布FCS开发案取消，相关技术成果转移至旅级战斗队现代化计划（Brigade Combat Teams Modernization Plan）进行继续发展。

5电动车与燃料电池车（2）

　　电动车与燃料电池车（2）

　　当然，客观的说，燃料电池车也一样有一些缺点。首先就是价格。我们继续以丰田的FCV为例。其日本市场售价将达到700万日元（约合42.8万元人民币）上下。这个价格也许在新车价格，尤其是较为高端的车型的价格较高的我国内地市场并不算高，但对于新车价格处于全球各大发达经济体当中偏低水平的日本市场而言，无疑是偏高的。

【但暂时，FCV的价格还是较高的】

　　举例来说，自上市以来，在日本市场销售情况一直为同级别内最佳的丰田第十四代皇冠（S210）的混合动力版车型的顶配版本（CROWN Athlete G），就“只要”558.5万日元。而总所周知的，日本本土规格的皇冠，是一台E-segment的车型（按照美式划分方式则属于中级豪华车），而丰田FCV则是一台C-segment车（按照美式划分属于紧凑级车）。至多，也只能将其和丰田SAI或者雷克萨斯HS那般划分为D-segment车（相当于美式划分中的豪华紧凑级车，或者一般中级车）。

【其日本市场售价，甚至超过CROWN Athlete hybrid这样的豪华车】

　　也就是说，丰田FCV还是一台很贵的车。但相较之多年前丰田自动车制造的那些燃料电池车（比如丰田FCHV）动辄成本就达到一亿日元以上，完全不可能对民间出售，只能以租赁方式对外提供（日本市场租赁价格为120万日元每月，美国市场租赁价格为1万美元每月）的情况，丰田自动车已经成功的大幅压低了此类车辆的成本，让其可以实现真正意义上的商业化。

【比起丰田SAI这样的同等级别的HV，丰田FCV的价格更是高出许多】

　　换而言之，我们很难说，从单纯的商品角度，丰田FCV是一款直接能够取代今天市场上的广大汽油/柴油动力车型或者油电混合动力车型的车型——就连丰田自动车，以及同样在戮力推广燃料电池车的HySUT组织（注4）、日本经济产业省（原 通商产业省）等方面，都只是把明年，亦即2015年，视为燃料电池车的普及开始年。至于燃料电池车在市场上的真正全面铺开，他们共同设定的目标则是2030年。但相较之今天十分火热的EV类车型，FCV类车型无疑已经具有相当的资格对其进行取代。

【2015年只是燃料电池车普及的开始，完全普及的目标则被设定于2030年】

　　另外，相较之EV而言，燃料电池车的研发和制造都需要高得多的技术。也就是说，从现在的技术发展情况来看，燃料电池车的技术门槛很高，并非EV那种近乎任何公司都可以研发和制造的产品（当然，高水准的EV也是需要强大的技术力的，但绝大多数EV类车型并非什么高水准的产品）。

【但相比成本高达数亿日元的旧车型，丰田今天已经卓有成效的降低了FCV的成本】

　　现时下，明确了燃料电池车的市贩时间的车厂，实际上只有四家。首先就是我们本篇文章当中主要介绍的丰田自动车，他们将在2014财年度内（亦即最晚2015年3月31日前）推出丰田FCV；其次则是本田技研工业，按照最新的消息，本田推出此类车型的时间将在2015自然年内（注5）。

【由于对技术力和工艺的高要求，实际上能在2015年进行燃料电池车市贩的厂商，只有丰田和本田两家，其后，2017年，戴姆勒和日产也将跟进】

　　再其后则是预计在2017自然年内推出相关车型的奔驰与日产（后者借重于奔驰母公司戴姆勒方面的技术协力）。至于同样进行了相当的燃料电池车方面的技术研发的美国通用集团（部分技术得益于本田技研方面技术协力），则未公布相关车型的具体上市时间。

【本田FCEV概念车】

　　以上所提到的这些车厂，实际上均在研发路线图中，将燃料电池车视为终极目标，而全球范围内其他大多数车厂，尚未有太过明确的表示。这除了各个车厂在技术路线选择方面的不同之外，很大程度上就是由于燃料电池车在现阶段较高的技术门槛所导致的。

　　注4：HySUT亦即The Research Association of Hydrogen Supply/Utilization Technology，氢供给·利用技术研究组合。这一组织是由JX日矿日石、出光兴产、岩谷产业、大阪瓦斯、川崎重工业、COSMO石油、西部瓦斯、昭和SHELL、大阳日酸、东京瓦斯、东邦瓦斯、丰田自动车、日产自动车、日本液化空气、日本制钢所、本田技术研究所、三菱化工机以上十七家企业，以及ENAA协会（一般財団法人エンジニアリング協会）、JPEC（一般財団法人石油エネルギー技術センター）这两家基金会（日文“財団法人”与汉语“基金会”同义）共同组成的着力于推广氢能源的组织。

　　其设立于2009年7月31日，现任理事长为JX日矿日石高级工程师，斋藤健一郎。同时日本政府经济产业省、福冈县、佐贺县、山梨县、日本自动车研究所等也是这一协会的关联团体。可以说，HySUT是全球现在推广氢燃料的广泛使用最有力的组织。

　　注5：丰田自动车是在2014年6月25日的“燃料电池车开发进步状况说明会”上将时间从原先的2015自然年内提前到2014财年内的。此前，丰田自动车亦表示在2015自然年内上市此类车型。而本田方面近来并未对外界公布太多相关消息，但可以预期的是，由于丰田自动车方面的积极，自身拥有燃料电池研发和制造能力的并曾推出过截止目前最成熟的氢燃料电池车本田FCX Clarity的本田技研工业（丰田自动车则是外购燃料电池，并请丰田纺织制造碳纤维材质氢燃料罐），也不会甘于人后。