名垂“氫”史——解析現代氫燃料汽車的“傳奇”

大家對氫氣了解多少呢?兩個氫原子和一個氧原子構成一個水分子"H2O",具有超強的反應性,甚至可以製作炸彈,也許就這些了吧。

如果說這種氫氣能作為汽車燃料,而且這種汽車會在很大程度上改變我們生活,你會相信嗎?好吧,十幾年前,氫燃料電池車確實是概念車的專屬,但隨著技術的發展,只產生水的氫燃料車已不只存在於概念階段。

1 現代氫燃料電池車的起源

提起氫燃料車,很多對這方面有所耳聞的朋友首先想到的是本田Clarity Fuel Cell和豐田的Mirai。

沒錯,在日本“氫社會”的主導下,豐田和本田在氫燃料汽車上的宣傳格外賣力,而相關車輛也進入了量產階段,比如豐田的Mirai在日本就投入了不少。甚至在中國,兩家日本企業也開始了路試。

但是,韓國現代才是量產氫燃料電池車的鼻祖,這也導致了豐田在宣傳自己氫燃料車時,使用的是商業化程度最好的氫燃料車,而不是世界上第一輛量產FCV。

不過尷尬的是,現代的氫燃料電池車在宣傳上卻並不佔優勢,除了當時的加氫站限制,價格也是很重要的因素。

2013年2月,世界第一輛量產版氫燃料電池車ix35 FCV在現代汽車韓國蔚山工廠正式下線。當時的首批用戶在丹麥和瑞典,後期北美則成了其主要市場。雖然是第一款量產的FCV車型,但這其實是現代在氫燃料技術上的第四代產品。

第一代誕生於2002年,2005年採用巴拉德的電堆組裝了32輛運動型多功能車(SUV),2006年推出了自主研發的第一代電堆,組裝了30臺SUV,4輛大客車,並進行了示範運行;2009—2012年間,開發了第2代電堆,裝配100臺SUV,開始在國內進行示範和測試,並對電堆性能進行改進。

2012年,推出了第3代燃料電池SUV和客車,開始全球示範;有了前面的鋪墊,最後在2013年進行了ix35 FCV的量產。

ix35 FCV在外觀上與ix35並沒有太多不同,但車身結構卻有著天壤之別。

ix35 FCV由三個主要部分組成:車頭有燃料電池和動力系統,中部為逆變器和中部電池,後部為儲氫罐。

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當車輛啟動時,儲氫罐內的氫會通過管道供給車前部的燃料電池堆棧。

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然後與吸入的氧氣通過質子交換膜進行化學反應。

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隨著氧化反應的進行,電子不斷髮生轉移,產生電流,最終為電池和電動機提供能量。

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而排出的“廢物”只有水。

ix35 FCV可以儲存5.64kg氫(後部兩個儲氫罐,氫氣壓力為70Mpa),這些氫燃料可以讓車子達到415km的續航,而加氫時間也十分短,僅需要3-10min。

動力方面,燃料電池系統功率為100kW,極速可達160km/h,0-100km/h加速時間為12.5s。

作為第一款量產FCV車型,當時的ix35 FCV絕對是高配中的高配。深色的內飾、座椅加熱、導航、定製音響……全部應有盡有。但高昂的售價卻讓現代遭遇了滑鐵盧。

當時美國加州允許ix35 FCV(當時美國叫途勝)分期付款,首付2999美元,每月499美元,三年即可付清,同時廠家還提供3年或者3.6萬英里的免費氫燃料。

這個價位大家或許沒有概念,做個對比,當時寶馬5系,528i的月供是435美元,這也意味著一輛ix35 FCV比一輛中大型豪華車的價格還高。

另一個問題是加氫站的普及,2014年美國加州有59個加氫站,但根據當地政府網站信息,真正營業的只有9家,剩下的都在建設中,全部建成至少需要3年。所以,進一步導致了ix35 FCV銷量不佳,到後期只是通過租賃方式使用。

我們把目光轉向此時的韓國。事實上,雖然2013年第一輛ix35 FCV就已經開賣,但一年後韓國本地才開始銷售,即使在本土銷售,當時的售價也高達1.5億韓元,摺合人民幣85.5萬元。更悲劇的是,當時全韓國僅在蔚山有一座加氫站。從這裡也看出,ix35 FCV的象徵意義和技術意義遠大於實用。

2 積攢力量的沉默期

雖然ix35 FCV並沒有在銷量上有多少起色,但對現代集團的影響和意義是深遠的。從2015年後,現代在氫動力方面的佈局開始加快。

首先是生產方面。現代旗下的現代Mobis(隸屬現代集團的供應商)開始全力進行氫體系建設。

在位於韓國忠北忠州的環保汽車配件專用生產園區(11萬平方米)內新建了氫燃料電池汽車核心配件專業生產工廠。新建工廠投資700餘億韓元,規模達1.3萬㎡,擁有先進的生產設備。

各類核心配件的組裝體“動力總成燃料電池整合模塊(PFC_Powertrain Fuelcell Complete)”的年產量達3千臺,這也意味著現代擁有了年產量3千輛氫燃料電池車規模的基礎設施。

當時這個工廠建成時,現代甚至表示,這個工廠完全可以達到1萬臺產量,如果市場需要可以隨時改進。

除此之外,韓國現代在氫燃料電池車的零部件生產也基本達到了自給自足,國產率竟然達到了98%,這也意味著,如果未來氫燃料電池車在市場上盛行,現代將不會有上游的任何壓力。

在氫燃料汽車市場推廣最大的障礙加氫站方面,現代集團聰明的與政府展開了長期合作。在現代的推動下,韓國政府計劃到2025年將加氫站增加到200個。

於此同時,其他國家也開始加大加氫站建設。德國計劃到2023年建成400個氫燃料站;美國加州到2017年達到68個;日本計劃今年發放200-300萬日元的補助金,到2025年構建1000家氫燃料站。

除此之外,價格上政府的天平也開始傾斜。以韓國為例,目前韓國本土的ix35 FCV車可以享受政府補貼,降價達43%,也就是77,189美元,大約摺合人民幣48萬左右。我們上面提到過,2014年這款車的韓國售價是85萬人民幣,這樣看來,韓國政府對氫動力真可謂是鼎力相助。

在交通方面,韓國也一直為氫燃料電池車提供便利。去年9月份起,韓國高速公路將對其實行通行費減半政策,以刺激氫燃料汽車的市場。

現代集團也沒有停下推廣的腳步,隨著平昌冬奧會的臨近,現代推出了氫能巴士為公共交通服務。

韓國在氫能源巴士上的研究也很有歷史,2006年第一代車型就在德國世界盃上亮相併示範運行。第二代車型在3年後開發完成,並自主研發了永磁電機,在2015年正式使用(光州廣域市)投入運行。

去年在蔚山投入使用的是第三代也是現代的最新成果,今年則會出現在平昌市,如果有機會去平昌,說不定就能乘坐這款巴士進行觀光呢。

隨著這種氫能巴士進入市場,現代的另一個關於氫能理念——氫能複合充電站也投入使用。氫能複合充電站可利用現有的LPG充電站,直接增設氫電池充電功能,以便在現有基礎設施上,快速擴增氫能充電站。

3 令人期待的NEXO

從2013到2018,5年的積累讓現代在氫燃料汽車方面更加成熟,同時大量匹配設施的建設也初見成效。

於是在今年的CES 2018上,最新一代的氫燃料電池車正式亮相,估計在今年將作為ix35 FCV的繼承者上市。

NEXO作為現代面向未來的最新車型,搭載了全新的氫能源體系和ADAS系統。根據概念車的資料,充氫5min即可完成590km以上的續航,在技術上集成了現代所有的尖端力量。

除此之外,這款車還有另外一個身份——作為現代集團自動駕駛技術的驗證平臺,目前已經與美國奧羅拉集團(自動駕駛公司)展開了合作,預計在2021年實現L4級別的城市自動駕駛。

現款的NEXO搭載了L2級自動駕駛系統,主要以ADAS功能為主,提升了駕駛時的便利性。

同時,在底盤和車身結構方面也是全新的平臺。與ix35 FCV不同,NEXO重新設計了三個大小不一的儲氫罐,並聯排列在後部和車尾,其體積更小,對車內空間也幾乎沒有影響。

儲氫罐數量增多了但重量反而降低了,與ix35 FCV相比,NEXO儲氫罐減重13%,容量增加了12%,達到了156L。

動力方面,新車型最大輸出功率提升了20%,高達121kW(163Ps)。

此外,新車的結構經過優化,在燃料堆中融入現代獨有的技術,比如MEA(Membrane Electrode Assembly)和雙極板,確保汽車能在零下30℃(或22華氏度)時順利啟動並降低成本。

基於此,新車型的冷啟動能力獲得了大幅提升,攻克了在冰點以下溫度時發動汽車的難題。

綜合這幾點來看,比起第一代途勝(或者ix35 FCV),它的進步很明顯。這也反映出氫燃料電池技術還是在進步中的。

從最初的ix35 FCV到今年發佈的NEXO。現代集團在氫燃料汽車方面正在加速發展。根據官方消息,到2020年,現代將向全球推出31款環保車型(包括電動),新的開發藍圖可以看出現代對新能源和未來的希望和野心。

來源:汽車與新動力

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