Today,moreandmorebusinessesandinsititutionshavefocusedonR&Dofhydrogen-batteryfortrucks.Inglobalmarket,currenthydrogen-batterybusinesswasstillinearlystageofR&Dandtestingprocess,sothatquantityproduction,andmarketpromotionisstillexpectedtobealongdayaway.
汽車界的電動化浪潮洶湧來襲,但是在體型較大的商用車輛上,它的步伐要緩慢一些,因為需要安裝比轎車上多得多的電池。不過,這種局面正在悄然改變,氫燃料電池卡車正陸續橫空出世。
肯沃斯T660型氫燃料電池牽引車
豐田北美公司與USHybrid公司聯手,在ProjectPortal項目框架之下,研制了肯沃斯T660型氫燃料電池牽引車。
在這輛外觀尋常的長頭車上,内部存在着截然不同的布置方案。原先的卧鋪被蓄電池和氫氣罐所取代。而發動機罩下,隻有壓縮機、氫燃料電池等部件。
肯沃斯T660型氫燃料電池牽引車散熱器格栅上的“H2O”,暗示着這是一款氫燃料電池重卡,其排放物隻有水。
在肯沃斯T660型氫燃料電池牽引車上,氫燃料電池共有740組,要比已經批量生産的豐田Mirai轎車多1倍。換言之,肯沃斯T660型氫燃料電池牽引車搭載了豐田Mirai轎車上那樣的2套氫燃料電池。氫反應後産生的電能蓄積在兩個總容量達12kWh锂離子電池中,并向總功率為500kW的2台電機提供電能。
加氫之後,肯沃斯T660型氫燃料電池牽引車能夠大約連續行駛240~480km。這顯然要比号稱一次加注氫燃料就能連續行駛約2000km的NikolaOne氫燃料電池卡車遜色多了(見本文後面章節介紹)。不過,肯沃斯T660型氫燃料電池牽引車一次加注氫續駛裡程是道路試驗實測的結果,而NikolaOne氫燃料電池卡車的數據隻是大體估算值。并且,當初在設計肯沃斯T660型氫燃料電池牽引車之時,其用途考慮的僅僅是160km範圍内的“一日達”。比如,從美國洛杉矶到長灘港口倉庫及其周邊鐵路之間運送貨物。
肯沃斯T660型氫燃料電池牽引車
截然不同的布置方案在6400多km的路試過程中,豐田公司的專家一直在參與,其研究結果将有利于未來開發效率更高的氫燃料車型。
NikolaOne氫燃料電池卡車
無獨有偶。2016年12月1日,美國美國猶他州尼古拉汽車公司展出了名為NikolaOne的一次加注燃料就能夠行駛2000km的氫燃料電池卡車,并宣布該車型獲得了總金額超過22億美元的7000份訂單。
未來氣息濃厚的NikolaOne氫燃料電池卡車,安裝了氫燃料電池,通過氫和氧的氧化還原反應産生電流向電動機供電。
其原理是,氫氣在燃料電池負極經鉑催化劑催化,氫原子的電子被分離後穿過質子交換膜,到達燃料電池正極,産生電流。電子到達正極,與氧原子和氫離子重新結合為水。所以,車輛排出的隻有水蒸氣,可以實現零排放。
據透露,NikolaOne氫燃料電池卡車未來将有多種配置,視不同行程需要,搭載不同容量的儲氫罐和蓄電池。頂級版本的氫燃料電池牽引車,将配備容量320kWh的動力電池和功率736kW的電機。
肯沃斯T660型氫燃料電池牽引車一次加注氫燃料後可續駛240~480km
160km範圍内“一日達”
測試中的肯沃斯T660型氫燃料電池牽引車
NikolaOne氫燃料電池卡車專門為這款牽引車設計的電池容量最大可以達到320kW時,這意味着,相當于特斯拉ModelSP90D電池容量的3倍。氫燃料電池動力裝置發出的功率也很壯觀,具體參數為:745kW(轉矩2712Nm)。0~100km/h加速時間僅為30s左右,牽引力能夠使滿載36t的車輛在坡度6%的道路上,保持105km/h的行駛速度。如果每100km消耗氫氣4.6kg,那麼車載100kg氫氣,在公路行駛時,至少能夠續駛1900km。燃料消耗等同于15.27L/100km,幾乎比搭載底特律柴油機、康明斯柴油機或者卡特彼勒柴油機的類似車輛減少了一半。在氫氣完全耗盡或者燃料電池故障的情況下,車輛還能僅僅依靠蓄電池繼續行駛160km。
據開發人員透露,NikolaOne氫燃料電池卡車将比傳統燃料車型更節省燃料,氫燃料電池代替了柴油機,使得整車重量減輕了900kg,最大自質量僅為9.5t,增加了車輛的載重能力。并且,把車輛重心降低了近1m,減少了傾翻風險。由于沒有發動機等複雜傳統零部件,還降低了整車故障率以及維護保養費用。
電傳動裝置,使盤式制動系統的反應速度提高了10~15倍,從而保證了瞬間調整制動力,減少了制動距離。轉向器機電傳動具有轉矩矢量系統,能夠調節每個車輪的速度。
按照計劃,用于生産NikolaOne氫燃料電池卡車的新工廠在2017下半年開始動工,建設周期3~4年,第一款量産車大約于2020年下線。這一計劃的最終實施日期,要取決于大型運輸公司的訂單和美國政府的扶持力度。
美國尼古拉汽車公司計劃發展自己的加氫網絡,打算2018-2019年開始購買地塊,到2020年時至少建設56座加氫站,并且此後在美國和加拿大南部共建立起364座加氫站,以保證橫貫美洲大陸東西部時能及時加注氫燃料。在此方面,尼古拉汽車公司選擇與RyderSystem公司合作,後者目前在北美擁有800個客戶服務點。1.冷卻系統;2.電機和轉向器的驅動;3.800V高壓電子部件;4.锂離子電池;5.冷卻器、制動系統貯氣罐和電池水冷熱交換器;6.3kW燃料電池;7.氫電池和電動機;8.帶電機的美馳後橋;9.HOLLANDFWAL鞍座的輕量化鋁闆
NikolaOne氫燃料電池卡車實現了輕量化
2020年尼古拉汽車公司計劃的加氫站分布圖在美國,氫氣一般采用天然氣重整制取。美國尼古拉汽車公司不想介入天然氣市場,而是另辟蹊徑地将采用100兆瓦級太陽能發電站發電,電解水制氫并輸往各個加注站。氫燃料加注站的建設成本,不會低于200萬美元。
加注氫燃料,隻需耗費十幾分鐘。氫燃料加注時的安全性,也不必太過于擔心,并不需要采取比加注壓縮天然氣或者液化天然氣時更多的預防措施。隻要正确儲存和正确操作,就沒有什麼危險。
一次加注之後,根據不同的路況、負荷、電池容量,NikolaOne氫燃料牽引車大約能夠連續行駛1300~1930km。蓄電池也可以通過外部電源充電,15min充滿。
NikolaOne氫燃料牽引車流線型設計的前臉造型圓潤,降低了風阻和油耗。
車身立柱很窄,盲區較小,極大地改善了駕駛視野。12台全景攝像頭配備内置雷達,避免碰撞。
設計新穎的滑動式車門,提高了上下車的便利性。類似于飛行員進入機艙、充滿未來主義風格的駕駛室,給駕駛員提供了良好的工作環境和體驗感受。
全數字化的控制按鈕,分布在轉向盤右側的21英寸的中央觸摸屏上,可以實現車輛大部分功能。駕駛室後部設置了40英寸曲面4K電視機、基于4GLTE移動網絡的WiFi以及單人床、微波爐、帶冰櫃的全尺寸冰箱。
MeritorAutomotiveInc.将為批量生産的NikolaOne氫燃料電池卡車開發車架和車橋。車橋将配備再生制動器,收集車輛下坡時的制動能量并給電池充電,提升車輛能耗效率。
NikolaOne氫燃料牽引車流線型設計
NikolaOne的内飾
上鋪邊分布着微波爐、電視機和儲物櫃
儲物櫃和衣帽鈎
模塊化設計,上鋪可變為儲物櫃尼古拉汽車公司沒有自己的生産場地,首批5000輛氫燃料電池卡車将由美國最大的載重汽車改裝企業、位于田納西州的“菲茨傑拉德”(FitzgeraldGliderKits)制造。按照第1階段的商務計劃,2020年産能将達到9000輛。
針對更便宜的版本NikolaTwo,尼古拉汽車公司打算在2017年引入10億美元資金,用于建設年産能5萬輛的工廠。
屆時,該工廠也将生産NikolaZero純電動全地形車。
此前,尼古拉汽車公司發布了NikolaZero純電動全地形車,據稱是全球首款可選配防抱死制動系統(ABS)、車身穩定控制控制系統、防側翻及牽引力控制系統的全地形車。并有305、408kW動力裝置以及75、100kWh和125kWh電池容量可選,市場售價3.5萬美元起。該車0~100km/h加速時間最短隻需要3.9s。在4×4onroad模式下,能夠連續行駛322km。
在NikolaOne氫燃料電池卡車展示現場的演講中,提到了田納西州查塔努加的U.S.Xpress公司。這家美國最大的貨運公司将是NikolaOne氫燃料電池卡車的首批客戶,展示發布會上的樣車使用了該公司的塗裝。U.S.Xpress公司将首次嘗試全新的直達化國際聯運業務,并通過NikolaShipments貨物跟蹤方案優化運輸。得益于自身的軟件平台,運營商将有機會選擇運輸代理提供的貨物并優化卡車運輸。
NikolaOne氫燃料電池卡車的整車價格高達37.5萬美元,但是72個月或者160萬km的租賃方案中包括免費加氫,所以說盡管前期投入巨大,不過,前景還是很誘人。
尼古拉汽車公司的夥伴RyderSystem公司已經宣布,NikolaOne氫燃料電池卡車的月租金大約為5000~7000美元(含保養和氫燃料免費加注)。顯然,對于用戶來說,這比柴油卡車更具吸引力。
結束語
氫燃料電池系統的能量轉化率可達60%~80%,要遠遠高于燃氣輪機和内燃機,而且排放的隻有水,不存在使用傳統車輛所導緻的氮氧化物、碳氧化物、硫氧化合物、顆粒物污染,堪稱綠色清潔能源動力裝置。
愈來愈多的廠家聚焦于氫燃料電池卡車的研制,正是體現了基于上述各種優點的考量。
但是,也應當看到,氫燃料的制取、存儲、運輸仍然存在着一定的難度。
如果用碳氫原料(石油、天然氣)及煤炭制取氫燃料,那麼将會産生大量不利環保的溫室氣體;如果采用輕金屬還原法或者電解法從水中獲得氫燃料,那麼将又面臨電力不足的困擾。因此,最好采用太陽能、風能和生物能等真正符合環保要求的再生能源來制取氫氣。再者,氫氣易燃易爆、安全要求高,而且燃料電池催化劑也需要使用昂貴的鉑或其他稀有金屬。
從全世界範圍來看,燃料電池卡車目前總體上仍處于研發、測試階段,其大規模推廣還有待時日。
溫馨的藍色燈帶
卧鋪邊的平闆電腦,能遙控空調、照明
比起NikolaOne,NikolaTwo要稍稍遜色一些
NikolaZero純電動全地形車