本文來自微信公號(hào)“瞭望智庫”（ID：zhczyj） 作者：汪濤  上海析易船舶技術(shù)有限公司總經(jīng)理

國(guó)務(wù)院總理李克強(qiáng)當(dāng)?shù)貢r(shí)間5月11日上午在日本首相安倍晉三陪同下，來到位于苫小牧市的豐田汽車北海道廠區(qū)參觀考察。

據(jù)媒體報(bào)道，豐田汽車特意將“最尖端”的汽車技術(shù)運(yùn)到這一零部件廠展示給李總理，主要報(bào)道的技術(shù)有三個(gè)：多功能出行平臺(tái)、自動(dòng)駕駛、氫燃料電池車。網(wǎng)上同時(shí)還有一些說法，指豐田還擁有固態(tài)電池技術(shù)的純電動(dòng)車，以及加滿油續(xù)航里程可達(dá)1000公里的汽車等。

在此我們不僅需要對(duì)豐田的尖端技術(shù)作一些評(píng)價(jià)，也需要澄清一些問題。

整個(gè)參觀過程幾乎就是李克強(qiáng)總理與研發(fā)人員的問答過程 本文圖片來自微信公號(hào)“瞭望智庫”

毫無疑問，經(jīng)過了四十年改革開放，國(guó)內(nèi)科技水平有了飛速進(jìn)步，現(xiàn)在中國(guó)領(lǐng)導(dǎo)人去日本所看到的技術(shù)差距，與幾十年前鄧小平參觀日本時(shí)的技術(shù)差距遠(yuǎn)遠(yuǎn)不可同日而語。

客觀來說，日本豐田不僅在汽車技術(shù)領(lǐng)域依然保持世界領(lǐng)先，在生產(chǎn)制造上也有很多管理經(jīng)驗(yàn)為世界制造業(yè)所模仿。

例如為全球業(yè)界稱道的精益生產(chǎn)（Lean Production）、準(zhǔn)時(shí)制生產(chǎn)（Just in time，也叫零庫存生產(chǎn)）等就是豐田公司創(chuàng)造的，甚至在生產(chǎn)管理上形成“豐田生產(chǎn)方式”的概念。

但是，隨著中國(guó)生產(chǎn)企業(yè)的大量崛起并向豐田等先進(jìn)公司持續(xù)學(xué)習(xí)，現(xiàn)在中日之間的技術(shù)差距已經(jīng)顯著縮小了。

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氫燃料電池車：豐田領(lǐng)先世界

首先來看多功能出行平臺(tái)，這個(gè)事實(shí)上并不能算什么新的技術(shù)，而是一種應(yīng)用創(chuàng)新，是把共享乘車、商品零售、貨物運(yùn)送等多種功能集成在一輛車上，這點(diǎn)毋庸多談。

自動(dòng)駕駛技術(shù)，包括美國(guó)和中國(guó)在內(nèi)的很多公司也都在做，而且中國(guó)公司起步并不晚，技術(shù)水平可以說與國(guó)外相差不大。我個(gè)人始終認(rèn)為對(duì)“自動(dòng)駕駛”這個(gè)概念需要仔細(xì)地進(jìn)行區(qū)分，不要去搞漫無邊際的自動(dòng)駕駛。要首先對(duì)技術(shù)載體進(jìn)行嚴(yán)格的限定，例如地鐵進(jìn)行自動(dòng)駕駛相對(duì)就比較容易實(shí)現(xiàn)；然后是有限定條件的自動(dòng)駕駛，現(xiàn)階段就想“一步到位”、實(shí)現(xiàn)在任意復(fù)雜城市路面上的無人駕駛，搞不好會(huì)成為又一個(gè)“第五代計(jì)算機(jī)”計(jì)劃（注：日本在20世紀(jì)80年代初提出，最后失敗的科技發(fā)展計(jì)劃）。

值得重視的是豐田的氫燃料電池車，豐田的確是這一領(lǐng)域的世界領(lǐng)導(dǎo)者。

業(yè)界普遍認(rèn)為氫燃料電池車是終級(jí)的理想汽車技術(shù)，一方面原因是它在行駛過程中排放出的只是水，另一方面是氫氣是各種氣體中密度最小的，而燃料電池的氧化劑則是取自空氣中的氧氣（對(duì)比之下鋰電池氫化劑則存在于電池本身），可以說是隨時(shí)補(bǔ)給、取之不盡。事實(shí)上，一切燃料電池都具有類似的從空氣中獲取氧氣作氧化劑從而減輕重量的優(yōu)點(diǎn)，例如各種金屬空氣電池等。傳統(tǒng)的燃油車能量密度較高，從而續(xù)航里程較長(zhǎng)，事實(shí)上也是利用了這一點(diǎn)。所以，氫燃料電池的比能量密度在理論上是比較高的，每公斤氫氣的比能量密度可達(dá)約17千瓦時(shí)，這是現(xiàn)在鋰電池（以三元鋰電池來計(jì)算）的85倍左右。

在實(shí)際應(yīng)用中，因?yàn)閮?chǔ)氫罐等需要占一定重量，因此實(shí)際比能量密度會(huì)大幅度降低?？傮w上說現(xiàn)在整個(gè)儲(chǔ)氫系統(tǒng)效率在5%，也就是整個(gè)儲(chǔ)氫系統(tǒng)的總重量100公斤，實(shí)際儲(chǔ)存的氫氣是5公斤左右。這會(huì)使儲(chǔ)氫系統(tǒng)的能量密度比理論上降低到20分之1。但就算這樣，一次加氫5公斤，其儲(chǔ)存的能量也可使氫燃料電池車?yán)m(xù)航里程達(dá)到600公里以上，與傳統(tǒng)燃油車大致持平。

2018款的豐田Mirai（日文“未來”之意）一次加滿5公斤氫氣的續(xù)航里程可以達(dá)到700公里。加氫過程在時(shí)間上與燃油車也差不多，每公里燃料使用成本大約為0.5元人民幣，比燃油車略高一些。所以，如果從使用習(xí)慣和使用成本上說，氫燃料電池車與現(xiàn)在的燃油車很接近，接下來想要實(shí)現(xiàn)商業(yè)化普及，最關(guān)鍵的是要大量投資新建加氫站網(wǎng)絡(luò)。

豐田Mirai

當(dāng)然，自然界并不存在廣泛可獲取的氫，而需要通過消耗一定能量生產(chǎn)制取。所以對(duì)“氫能”這個(gè)說法是需要謹(jǐn)慎理解的。在現(xiàn)實(shí)能源產(chǎn)業(yè)中，氫只是一種能量轉(zhuǎn)換的載體，而不是天然可開采的能源。生產(chǎn)氫的途徑很廣泛，且歷史很久，已經(jīng)算是一個(gè)傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)了。以甲烷、甲醇、乙醇等很多化工原料為基礎(chǔ)都可以制氫，通過電解法也可以直接用水來制氫。業(yè)界期待的最理想境界是直接用簡(jiǎn)單的方法以太陽能或風(fēng)能等為能源，通過電解水逆反應(yīng)，從水中生產(chǎn)氫，這樣全流程就非常環(huán)保了。

氫燃料電池車的核心是氫燃料電池系統(tǒng)，這里面有兩個(gè)關(guān)鍵性的技術(shù)。一是氫燃料電池，二是氫的儲(chǔ)存。在這兩個(gè)方面，豐田公司的技術(shù)的確都是世界最領(lǐng)先的。

氫燃料電池最核心的是催化反應(yīng)部分，它將自帶的氫氣與取自空氣中的氧氣經(jīng)過電化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生電。催化反應(yīng)需要用到極為昂貴的金屬鉑，這種金屬每年全球產(chǎn)量只有200噸多一點(diǎn)，比黃金還要稀少得多。要降低燃料電池的成本，從技術(shù)上說關(guān)鍵是要盡可能減少鉑的使用量，或者有替代鉑的方案。豐田公司能做到將一輛氫燃料電池車的鉑需求量進(jìn)一步減少。業(yè)界也在積極尋求不用鉑的催化技術(shù)，如果能實(shí)現(xiàn)就解決了燃料電池汽車制造成本上的一個(gè)最大的技術(shù)難題。

儲(chǔ)存氫氣也是一個(gè)很難的技術(shù)，因?yàn)闅浞肿訉?shí)在是太小了，如果用一般的鋼瓶?jī)?chǔ)存，氫氣分子都會(huì)鉆到鋼材的縫隙中去，產(chǎn)生叫“氫脆”的問題，使鋼瓶的強(qiáng)度下降。因此，需要將氫氣以700個(gè)大氣壓儲(chǔ)存在復(fù)合材料制作的特殊氫氣罐里。毫無疑問，其品質(zhì)對(duì)安全保證是很關(guān)鍵的。不過，氫氣儲(chǔ)存在安全性上也有它的優(yōu)點(diǎn)，即使它發(fā)生泄露，由于氫氣比空氣輕，它會(huì)迅速向上漂，而不象汽油泄露那樣流得到處都是。汽車?yán)镄孤兜钠鸵坏┲穑瑯O大概率是會(huì)迅速把整個(gè)汽車燒毀。所以從理論上說氫燃料電池車至少比燃油車更為安全。豐田公司的氫氣罐可以做到用世界上最強(qiáng)武器之一——美軍海軍陸戰(zhàn)隊(duì)使用的M82A3式狙擊步槍都打不穿的地步。

由此看來，氫燃料電池車能否大規(guī)模普及，關(guān)鍵點(diǎn)還是在催化劑上能否有大的突破。此外，氫燃料電池因?yàn)槠漭^高的比能量密度，不僅在新能源車上有應(yīng)用，而且在無人機(jī)等其他領(lǐng)域也有較廣泛的應(yīng)用價(jià)值。

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固態(tài)電池技術(shù)：日本有生產(chǎn)工藝優(yōu)勢(shì)

對(duì)于電池行業(yè)來說，固態(tài)電池并不是一個(gè)陌生概念。早在2012年蘋果公司就已經(jīng)開始了全固態(tài)電池技術(shù)的專利布局，隨后包括豐田在內(nèi)的一些知名廠商也在這個(gè)領(lǐng)域有所投入。

純電動(dòng)車的成本主要體現(xiàn)在電池上。為了使普通讀者更容易理解，我把電動(dòng)汽車鋰電池技術(shù)大致分成四個(gè)大的時(shí)代：

第一代是磷酸鐵鋰電池，能量密度在100 Wh/kg（每公斤瓦時(shí)）左右。

第二代是三元鋰電池，200 Wh/kg左右。

第三代是固體電解質(zhì)鋰電池，現(xiàn)在業(yè)界叫“固態(tài)電池”，300 Wh/kg左右。

第四代是鋰硫電池等，400 Wh/kg左右。

當(dāng)然，每一代的技術(shù)并非完全單一，而是會(huì)有很多不同變化。甚至就是三元鋰電池本身就有很多種。但以上大致的分代可以使我們對(duì)純電動(dòng)車未來的發(fā)展趨勢(shì)有一個(gè)直觀的了解。

特斯拉一開始就采用的是第二代的三元鋰電池中的鎳鈷鋁技術(shù)，中國(guó)2017年純電動(dòng)車普遍采用鎳鈷錳三元鋰電池。

固態(tài)電池，事實(shí)上是指第三代的固體電解質(zhì)鋰電池。中國(guó)在固體電解液電池上也有技術(shù)積累，而且在第四代的技術(shù)上也有很多單位在開發(fā)。只是在具體電池生產(chǎn)工藝上，日本和韓國(guó)的三星、LG等還是有長(zhǎng)期技術(shù)優(yōu)勢(shì)的。一般來說，電池的能量密度越高，每千瓦時(shí)的存儲(chǔ)成本就越低。

對(duì)續(xù)航里程問題，不同汽車的用戶體驗(yàn)可能會(huì)有些不同。我個(gè)人認(rèn)為純電動(dòng)車的續(xù)航里程會(huì)經(jīng)歷這么一個(gè)變化過程：

最初因?yàn)殡姵靥F，因此續(xù)航里程很短，只有120公里；

隨著電池成本持續(xù)地大幅度降低，續(xù)航里程不斷增長(zhǎng)；

由于充電設(shè)施還不是很普及，充電不是很方便，用戶對(duì)續(xù)航里程需求還會(huì)在一定時(shí)間持續(xù)增長(zhǎng)，現(xiàn)在400公里甚至更長(zhǎng)續(xù)航里程的純電動(dòng)車款已經(jīng)很多了；

未來充電設(shè)施越來越普及，充電越來越方便，到處都可以充電，再加上各種電動(dòng)車充電寶產(chǎn)品流行，用戶并不需要買很長(zhǎng)續(xù)航里程的電動(dòng)車，購買電動(dòng)車的成本又極大降低。

固態(tài)電池的安全性比液態(tài)鋰電池高很多，而且續(xù)航里程很長(zhǎng)。固態(tài)電池普及后，純電動(dòng)車的成本可達(dá)到與現(xiàn)在燃油車接近的程度。

不過，這項(xiàng)技術(shù)開發(fā)有難度，目前這方面研究最深的就是豐田汽車，但也一直沒有實(shí)現(xiàn)商業(yè)化量產(chǎn)。于是，日本政府決定和企業(yè)聯(lián)起手來加快固態(tài)電池的研發(fā)。

據(jù)報(bào)道，日本經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)省將向“鋰電池材料評(píng)價(jià)研究中心（LIBTEC）”出資16億日元，這家研究中心是由旭化成、東麗和Kuraray等化工企業(yè)成立的，現(xiàn)在豐田、日產(chǎn)和本田三大車企和松下、GSYUASA等電池企業(yè)也將加入其中。

除了加快技術(shù)研發(fā)，日本經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)省還計(jì)劃向國(guó)際電工委員會(huì)（IEC）提出申請(qǐng)來推動(dòng)固態(tài)電池國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的制定，這樣就能從一開始掌握更多話語權(quán)，從而在電動(dòng)汽車的電池領(lǐng)域獲得領(lǐng)先地位。

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加一次油跑1000公里：

汽車公司很快都能做到

目前新能源車主要是三個(gè)方案：最早出現(xiàn)的混合動(dòng)力、純電動(dòng)、氫燃料電池。豐田公司在混合動(dòng)力和燃料電池兩個(gè)技術(shù)上都處于世界領(lǐng)先水平。

那么有傳言說豐田開發(fā)出加一次油可以跑1000公里的車，這是真的嗎？

其實(shí)，不僅豐田能做到，很快幾乎每家汽車公司都能做到了。

因?yàn)楝F(xiàn)在開發(fā)燃油車的公司也都在向混合動(dòng)力方向發(fā)展。這種混合動(dòng)力是用燃油發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)電，用電機(jī)驅(qū)動(dòng)。其顯著好處包括：

一是燃油發(fā)動(dòng)機(jī)可以穩(wěn)定地工作，在最佳效率狀態(tài)發(fā)電；

二是不用齒輪箱了；

三是利用了電機(jī)驅(qū)動(dòng)的好處，在各種轉(zhuǎn)速下扭矩大致是均衡的；

四是電驅(qū)動(dòng)可以進(jìn)行能量回收。

電機(jī)驅(qū)動(dòng)可以使百公里耗油顯著降低。如果只是用燃油發(fā)動(dòng)機(jī)本身改進(jìn)，效率幾乎不太可能降到百公里油耗5升以下。但采用混動(dòng)的方案，可以比較容易做到百公里耗油4升左右甚至更低，在城市復(fù)雜工況下做到這種省油的水平也是可以的。這樣，原來加滿油40-50升只能跑400-600公里的車，現(xiàn)在就都可以跑上千公里了。

如果是插電增程式混動(dòng)，電池本身有50到100公里左右的續(xù)航里程，可以采用充電方式在城市內(nèi)跑，跑長(zhǎng)途用燃油增程，相當(dāng)于內(nèi)置充電寶。豐田是混合動(dòng)力車的先驅(qū)，2017年豐田新能源車全球銷量達(dá)到152萬輛，主要就是靠混合動(dòng)力技術(shù)實(shí)現(xiàn)的，并且在混合動(dòng)力技術(shù)上已經(jīng)有20年的積累，至2017年，豐田以混合動(dòng)力車為主的新能源車全球累積銷量達(dá)到1147萬輛。

大多數(shù)人認(rèn)為混合動(dòng)力是一個(gè)過渡方案，問題是這個(gè)過渡時(shí)間會(huì)有多長(zhǎng)。這取決于純電動(dòng)和燃料電池車的發(fā)展情況。前兩年混合動(dòng)力車在中國(guó)新能源車銷量中的比例呈下降狀態(tài)，但2017年至今混合動(dòng)力車占比又快速上升?；旌蟿?dòng)力車和氫燃料電池車在續(xù)航里程上都有優(yōu)勢(shì)，混合動(dòng)力車又可直接利用原來燃油車普遍存在的加油網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，因此對(duì)續(xù)航里程有較高要求的用戶現(xiàn)在還是會(huì)青睞前者。