卡車邁向氫燃料時代？

陳 然 編譯

Today, more and more businesses and insititutions have focused on R & D of hydrogen-battery for trucks. In global market, current hydrogen-battery business was still in early stage of R & D and testing process, so that quantity production, and market promotion is still expected to be a long day away.

汽車界的電動化浪潮洶涌來襲，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(xù)橫空出世。

肯沃斯T660型氫燃料電池牽引車

豐田北美公司與US Hybrid公司聯(lián)手，在Project Portal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，內(nèi)部存在著截然不同的布置方案。原先的臥鋪被蓄電池和氫氣罐所取代。而發(fā)動機罩下，只有壓縮機、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柵上的“H2O”，暗示著這是一款氫燃料電池重卡，其排放物只有水。

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(jīng)批量生產(chǎn)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。氫反應后產(chǎn)生的電能蓄積在兩個總?cè)萘窟_12 kWh鋰離子電池中，并向總功率為500 kW的2臺電機提供電能。

加氫之后，肯沃斯T660型氫燃料電池牽引車能夠大約連續(xù)行駛240～480 km。這顯然要比號稱一次加注氫燃料就能連續(xù)行駛約2 000 km的Nikola One氫燃料電池卡車遜色多了(見本文后面章節(jié)介紹)。不過，肯沃斯T660型氫燃料電池牽引車一次加注氫續(xù)駛里程是道路試驗實測的結(jié)果，而Nikola One氫燃料電池卡車的數(shù)據(jù)只是大體估算值。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160 km范圍內(nèi)的“一日達”。比如，從美國洛杉磯到長灘港口倉庫及其周邊鐵路之間運送貨物。

測試中的肯沃斯T660型氫燃料電池牽引車

Nikola One氫燃料電池卡車

在6 400多km的路試過程中，豐田公司的專家一直在參與，其研究結(jié)果將有利于未來開發(fā)效率更高的氫燃料車型。

Nikola One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Nikola One的一次加注燃料就能夠行駛2 000 km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7 000份訂單。

未來氣息濃厚的Nikola One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產(chǎn)生電流向電動機供電。

其原理是，氫氣在燃料電池負極經(jīng)鉑催化劑催化，氫原子的電子被分離后穿過質(zhì)子交換膜，到達燃料電池正極，產(chǎn)生電流。電子到達正極，與氧原子和氫離子重新結(jié)合為水。所以，車輛排出的只有水蒸氣，可以實現(xiàn)零排放。

據(jù)透露，Nikola One氫燃料電池卡車未來將有多種配置，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，將配備容量320 kWh的動力電池和功率736 kW的電機。

1.冷卻系統(tǒng)；2.電機和轉(zhuǎn)向器的驅(qū)動；3.800 V高壓電子部件；4.鋰離子電池；5.冷卻器、制動系統(tǒng)貯氣罐和電池水冷熱交換器；6.3 kW燃料電池；7.氫電池和電動機；8.帶電機的美馳后橋；9.HOLLAND FWAL鞍座的輕量化鋁板

Nikola One氫燃料電池卡車實現(xiàn)了輕量化

2020年尼古拉汽車公司計劃的加氫站分布圖

專門為這款牽引車設計的電池容量最大可以達到320 kW時，這意味著，相當于特斯拉Model SP90D電池容量的3倍。氫燃料電池動力裝置發(fā)出的功率也很壯觀，具體參數(shù)為：745 kW(轉(zhuǎn)矩2 712 Nm)。0～100 km/h加速時間僅為30 s左右，牽引力能夠使?jié)M載36 t的車輛在坡度6%的道路上，保持105 km/h的行駛速度。如果每100 km消耗氫氣4.6 kg，那么車載100 kg氫氣，在公路行駛時，至少能夠續(xù)駛1 900 km。燃料消耗等同于15.27 L/100 km，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(xù)行駛160 km。

據(jù)開發(fā)人員透露，Nikola One氫燃料電池卡車將比傳統(tǒng)燃料車型更節(jié)省燃料，氫燃料電池代替了柴油機，使得整車重量減輕了900 kg，最大自質(zhì)量僅為9.5 t，增加了車輛的載重能力。并且，把車輛重心降低了近1 m，減少了傾翻風險。由于沒有發(fā)動機等復雜傳統(tǒng)零部件，還降低了整車故障率以及維護保養(yǎng)費用。

電傳動裝置，使盤式制動系統(tǒng)的反應速度提高了10～15倍，從而保證了瞬間調(diào)整制動力，減少了制動距離。轉(zhuǎn)向器機電傳動具有轉(zhuǎn)矩矢量系統(tǒng)，能夠調(diào)節(jié)每個車輪的速度。

按照計劃，用于生產(chǎn)Nikola One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，第一款量產(chǎn)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(fā)展自己的加氫網(wǎng)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，并且此后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Ryder System公司合作，后者目前在北美擁有800個客戶服務點。

Nikola One氫燃料牽引車流線型設計

Nikola One的內(nèi)飾

上鋪邊分布著微波爐、電視機和儲物柜

模塊化設計，上鋪可變?yōu)閮ξ锕?/p>

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，而是另辟蹊徑地將采用100兆瓦級太陽能發(fā)電站發(fā)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，只需耗費十幾分鐘。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。只要正確儲存和正確操作，就沒有什么危險。

一次加注之后，根據(jù)不同的路況、負荷、電池容量，Nikola One氫燃料牽引車大約能夠連續(xù)行駛1 300～1 930 km。蓄電池也可以通過外部電源充電，15 min充滿。

Nikola One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(qū)較小，極大地改善了駕駛視野。12臺全景攝像頭配備內(nèi)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(huán)境和體驗感受。

全數(shù)字化的控制按鈕，分布在轉(zhuǎn)向盤右側(cè)的21英寸的中央觸摸屏上，可以實現(xiàn)車輛大部分功能。駕駛室后部設置了40英寸曲面4K電視機、基于4G LTE 移動網(wǎng)絡的WiFi以及單人床、微波爐、帶冰柜的全尺寸冰箱。

Meritor Automotive Inc.將為批量生產(chǎn)的Nikola One氫燃料電池卡車開發(fā)車架和車橋。車橋?qū)⑴鋫湓偕苿悠?，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。

溫馨的藍色燈帶

臥鋪邊的平板電腦，能遙控空調(diào)、照明

比起Nikola One，Nikola Two要稍稍遜色一些

Nikola Zero純電動全地形車

尼古拉汽車公司沒有自己的生產(chǎn)場地，首批5 000輛氫燃料電池卡車將由美國最大的載重汽車改裝企業(yè)、位于田納西州的“菲茨杰拉德”(Fitzgerald Glider Kits)制造。按照第1階段的商務計劃，2020年產(chǎn)能將達到9 000輛。

針對更便宜的版本Nikola Two，尼古拉汽車公司打算在2017年引入10億美元資金，用于建設年產(chǎn)能5萬輛的工廠。

屆時，該工廠也將生產(chǎn)Nikola Zero純電動全地形車。

此前，尼古拉汽車公司發(fā)布了Nikola Zero純電動全地形車，據(jù)稱是全球首款可選配防抱死制動系統(tǒng)(ABS)、車身穩(wěn)定控制控制系統(tǒng)、防側(cè)翻及牽引力控制系統(tǒng)的全地形車。并有305、408 kW動力裝置以及75、100 kWh和125 kWh電池容量可選，市場售價3.5萬美元起。該車0～100 km/h加速時間最短只需要3.9 s。在4×4 on road模式下，能夠連續(xù)行駛322 km。

在Nikola One氫燃料電池卡車展示現(xiàn)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將是Nikola One氫燃料電池卡車的首批客戶，展示發(fā)布會上的樣車使用了該公司的涂裝。U.S.Xpress公司將首次嘗試全新的直達化國際聯(lián)運業(yè)務，并通過Nikola Shipments貨物跟蹤方案優(yōu)化運輸。得益于自身的軟件平臺，運營商將有機會選擇運輸代理提供的貨物并優(yōu)化卡車運輸。

Nikola One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。

尼古拉汽車公司的伙伴Ryder System公司已經(jīng)宣布，Nikola One氫燃料電池卡車的月租金大約為5 000～7 000美元(含保養(yǎng)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(jié)束語

氫燃料電池系統(tǒng)的能量轉(zhuǎn)化率可達60%～80%，要遠遠高于燃氣輪機和內(nèi)燃機，而且排放的只有水，不存在使用傳統(tǒng)車輛所導致的氮氧化物、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(xiàn)了基于上述各種優(yōu)點的考量。

但是，也應當看到，氫燃料的制取、存儲、運輸仍然存在著一定的難度。

如果用碳氫原料(石油、天然氣)及煤炭制取氫燃料，那么將會產(chǎn)生大量不利環(huán)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，那么將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(huán)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。

從全世界范圍來看，燃料電池卡車目前總體上仍處于研發(fā)、測試階段，其大規(guī)模推廣還有待時日。