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亚化咨询:锂离子动力电池车与氢燃料电池车全方位对比

2018-03-14

亚化咨询认为,锂离子动力电池车与氢燃料电池车各有优势,将在较长的时期内共存于市场。其中,锂离子动力电池因其相对较低的能量密度而更适合用于乘用车和短途大巴;而氢燃料电池因其具有更高的续航里程与相对固定的线路而更适用于商用车,如长途大巴,和货运车等。长期来看,随着燃料电池系统及电堆成本的进一步下降、加氢站网络的进一步完善,氢燃料电池车将占据更高的市场份额。

 

新能源汽车主要包括纯电动汽车、插电式混合动力汽车以及燃料电池汽车。近年来,中国新能源汽车增长迅速。中汽协数据显示,2017年中国新能源汽车产销分别达到79.4万辆和77.7万辆,同比分别增长53.8%53.3%。在新能源汽车销量中,有84%为纯电动,16%为插电混合。

 

氢能是公认的清洁能源,在交通运输领域,氢能源结合燃料电池一起构成动力系统,具有能量密度大、零污染、续航里程长等优点,近年来,氢燃料电池及其产业链吸引了大量企业/政府的积极布局。公开资料显示,2013-2017年全球总计售出6475辆氢燃料电池车。

 

那么,为什么当前电动汽车销量远大于燃料电池车呢?亚化咨询将从以下3个角度进行比较。

 

1. 电池组系统成本

 

动力锂电主要有四大关键材料,分别是正极材料、负极材料、隔膜和电解液。动力电池通过串并联组成动力电池组应用于电动车上。举例而言,亚化咨询《中国锂离子电池年度报告2018资料显示,特斯拉Model 3使用的动力电池型号为21700,正极材料为NCA,负极材料为硅碳负极材料,电池组(包括电池、热管理组件在内的整个BMS系统)成本为260美元/WhModel 3分为标准版与增程版,其电池容量分别为50kWh74kWh,则其电池系统成本分别为13000美元与19240美元。

 

质子交换膜燃料电池的单电池主要由双极板和膜电极组成,膜电极主要由气体扩散层、催化层和质子交换膜组成。单电池需要由堆栈的方式构成电池电堆,电堆的两侧需要端板、绝缘板以及集流板等结构装配,起固定、绝缘以及收集电流的作用。美国能源部最新数据显示,以80kW质子交换膜燃料电池系统为例,2017年,每生产1000套燃料电池,燃料电池系统(包括燃料电池电堆、高压储氢罐、升压变频器、电动机、动力控制单元等)成本为179美元/kW,其中电堆成本为118美元/kW;每生产1万套燃料电池,燃料电池系统成本为79美元/kW,其中电堆成本为39美元/kW

 

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目前主流燃料电池整车厂开发的燃料电池乘用车、客车、货运车等均采用电-电混合动力体系,采用氢燃料电池搭配一定功率的镍氢电池/锂离子动力电池作为车辆动力源,同时,这些镍氢电池/锂离子动力电池还起到启动点火和回收制动能量的作用。

 

以丰田Mirai为例,公开资料显示,2015年该车产量已达到700辆,2016年提升至2000辆,到2020年,该数字将达到3万辆,为2017年的10倍。亚化咨询研究表明,丰田Mirai燃料电池组最大功率为114kW,则2017年每生产1000Mirai,仅燃料电池电堆成本就为13452美元,系统成本为20406美元。

 

综上,动力电池组系统成本更低。

 

2. 电池寿命

 

研究表明,动力电池的容量低于初始容量的80%便不能再用于新能源汽车上。从目前技术来看,动力电池的循环寿命为1000-1500次左右,折合使用寿命为5-8年左右。

 

亚化咨询按照动力电池循环寿命为1000次,每次循环电池工作7个小时来计算,那么动力电池寿命在7000小时左右。

 

燃料电池寿命一直是燃料电池行业待解决的问题之一,现阶段,燃料电池寿命的目标是5000-10000小时。

 

公开资料显示,新源动力股份有限公司开发的HYMOD-300车型燃料电池电堆模块成为中国首例自主研发的寿命超过5000小时的燃料电池产品。

 

综上,动力锂电寿命更长。

 

3. 充电(加注)问题

 

● 从充电(加注)时间和续航里程来看

 

电动汽车充电模式主要分快充与慢充。不同电动汽车充电时间不同。举例来说,比亚迪E6电池容量为57kWh,续航里程300km,慢充需要约20小时,快充则仅需2小时。

 

资料显示,丰田Mirai的储氢量为5kg,续驶里程400-480km,加氢时间为3分钟。

 

综上,燃料电池乘用车加注时间更短。

 

● 从用电/用氢费用来看

 

电费:以上海为例,20164月,上海市政府发布的《上海市鼓动电动汽车充换电设施发展扶持办法》指出,充电设施经营企业收取的充电服务费执行政府指导价,201671日前充电服务费上限为1.6/kWh201671日后上限为1.3/kWh

 

以比亚迪e6为例,不考虑其他因素,其每公里电费0.247元。

 

氢气费用:亚化咨询《中国煤制氢年度报告2018数据显示,2017年秦皇岛5500大卡动力煤平均价格586/吨(不含VAT),估算大规模煤气化制氢完全成本约0.67/立方米。但是,燃料电池汽车对氢气品质要求很高;此外,氢气还面临着液化、储运等问题,这些均导致目前氢气实际价格高昂。宇通客车李飞强博士介绍,当前中国加氢站氢气最低价格为40/kg

 

以丰田Mirai为例,其每公里氢气费用为0.42-0.5元。

 

综上,电动汽车单位公里耗费更低。

 

● 从充电桩/加氢站数量来看

 

充电桩:公开数据显示,截至2017年底,全国充电桩数量达45万个。201510月,国务院发布的《关于加快电动汽车充电基础设施建设的指导意见》指出,到2020年中国充电基础设施要满足500万辆电动汽车的充电需求,意味着充电桩数量需要达到480万个。

 

加氢站:亚化咨询《中国氢能与燃料电池年度报告2018显示,截至2017年底,中国总共建成了11座加氢站,然而其中的4座目前已被拆除。2016年,由中国标准化研究院和全国氢能标准化技术委员会发布的《中国氢能产业基础设施发展蓝皮书(2016)》显示,到2020年,中国需建成100座加氢站。

 

综上,电动汽车充电桩网络更完善。

 

从上述几点来看,氢燃料电池车仅充电(加注)时间方面优于电动汽车,这也导致了电动汽车数量远多于氢燃料电池车。

 

20182月,财政部、工信部、科技部、发改委发布《关于调整完善新能源汽车推广应用财政补贴政策的通知》。该《通知》2018212日起实施,2018212日至2018611日为过渡期。具体来看,新能源乘用车、客车和专用车的补贴都有不同程度的下滑,燃料电池汽车虽补贴标准保持不变,但技术要求大幅提升。

 

亚化咨询认为,锂离子动力电池车与氢燃料电池车各有优势,将在较长的时期内共存于市场。其中,锂离子动力电池因其相对较低的能量密度而更适合用于乘用车和短途大巴;而氢燃料电池因其具有更高的续航里程与相对固定的线路而更适用于商用车,如长途大巴,和货运车等。长期来看,随着燃料电池系统及电堆成本的进一步下降、加氢站网络的进一步完善,氢燃料电池车将占据更高的市场份额。