豐田燃料電池巴士“SORA”詳解：客車將率先打開新技術(shù)之門？

前不久,豐田在日本國內(nèi)首次獲得燃料電池巴士“SORA”的車型認(rèn)證,現(xiàn)已開始正式銷售。與此同時,豐田預(yù)計在2020年東京奧運舉行之前,為東京市區(qū)引入100輛燃料電池巴士“SORA”。近段時間來,業(yè)內(nèi)關(guān)于燃料電池車的討論聲四起,作為未來新能源技術(shù)的解決方案之一,燃料電池技術(shù)是否會率先大批量落地在客車產(chǎn)品上,通過“SORA”,我們可以看出什么?

兼具環(huán)保與設(shè)計

SORA是一輛氫燃料電池巴士。SORA由Sky、Ocean、River、Air四個單詞的首字母組成,表示地球水循環(huán)。

SORA采用了與傳統(tǒng)巴士不太相同的造型設(shè)計。與傳統(tǒng)巴士的箱型設(shè)計相比,SORA的外觀看起來更加的立體。同時,LED前后尾燈也讓SORA看起來更具科技范兒。

空間方面,SORA車身的長寬高分別為:10525/2490/3350mm。車內(nèi)可以容納79人,其中包含22個乘客座位,56個站位以及1個司機座位。值得一提的是,車內(nèi)裝配了可以折疊的水平座椅,在不使用時可將其折疊,為嬰兒車或者輪椅提供空間。

SORA搭載了與豐田首款氫燃料汽車Mirai相同的TFCS燃料電池系統(tǒng),其動力總成包括兩個114kW的燃料電池組和雙電機驅(qū)動,電機最大功率為113kW,峰值扭矩為335Nm。為SORA提供動力源的是總?cè)萘窟_(dá)600升的10個氫氣罐,同時配備了一塊鎳氫電池以應(yīng)對緊急措施。

此外,SORA還搭載了大容量外部供電系統(tǒng),用于緊急情況時的動力輸出,最大功率9kW,燃料滿載的情況下可供應(yīng)235kWh。

技術(shù)方面,車內(nèi)外共有8個高清攝像頭,可以位于駕駛席位置的監(jiān)視器查看這些攝像頭所拍攝的圖像。SORA搭載的“視野輔助攝像頭系統(tǒng)”,可以在停車時監(jiān)測巴士四周運動的物體,并通過聲音和圖像提醒駕駛員,提高安全性。

SORA通過電動機驅(qū)動消除換擋時的頓挫感,搭載的加速控制系統(tǒng)可以控制駕駛過程中出現(xiàn)的急加速。此外,SORA搭載的自動到達(dá)控制系統(tǒng)還可以幫助駕駛者,將巴士指引到正確的停車位置。

燃料電池———氫與氧的碰撞

像SORA這類燃料電池車最大的特點就在于它的動力系統(tǒng)。從結(jié)構(gòu)方面來講,燃料電池車的動力系統(tǒng)組成與混合動力車的動力系統(tǒng)組成十分相似,不同點在于,燃料電池車將混合動力車上的發(fā)動機換成了燃料電池堆。

從本質(zhì)上來說,燃料電池車與內(nèi)燃機汽車倒是更為相近,兩者的區(qū)別就在于內(nèi)燃機汽車是將熱能轉(zhuǎn)換為機械能驅(qū)動車輛,而燃料電池車則是由燃料電池發(fā)電,再將電能轉(zhuǎn)化為機械能。

燃料電池的工作原理很簡單:燃料電池由陽極、電解質(zhì)和陰極三個相鄰的區(qū)段組成。在兩個相鄰的區(qū)段之間,會發(fā)生化學(xué)反應(yīng)——氫氣在陽極發(fā)生氧化反應(yīng),氧氣在陰極發(fā)生還原反應(yīng),從而消耗燃料,產(chǎn)生電流,帶動負(fù)載在系統(tǒng)上的電氣設(shè)備,包括電動機、車載設(shè)備和組件等。

燃料電池車VS鋰電池電動車

燃料電池工作原理簡單,無二次污染等特性成就了燃料電池車。而說到燃料電池車,就不得不提新能源車的另一種類型———鋰電池電動車,因為自從有新能源這個詞開始,這兩者之間的對比就沒有斷過,而相比于鋰電池電動車,燃料電池車在以下幾點有著明顯的優(yōu)勢:

一、沒有二次污染。氫燃料電池主要的成分是氫,在使用壽命結(jié)束后,并不會對環(huán)境造成污染,而鋰離子電池因含有重金屬鎳、鈷、砷等有毒污染物,所以必須要進(jìn)行回收處理。

二、續(xù)航里程更遠(yuǎn)。氫燃料電池儲能密度高,且重量輕,所以燃料電池車的續(xù)航里程相較電動汽車,普遍更遠(yuǎn)。要知道市面上在售燃料電池車的續(xù)航里程均超過500公里,而電動車中少有有如此優(yōu)秀續(xù)航的車型。

三、燃料補充時間短。通常燃料電池車只需3到5分鐘就能充滿長途行駛所需的高壓儲氣罐(70Mpa),而充電最快的特斯拉超級充電站20分鐘才能充滿一半電,完全充滿則需要80分鐘。

除此之外,燃料電池車在電池衰減、能效轉(zhuǎn)化、易維修程度等多方面,也同樣有著顯著優(yōu)勢。

相比于鋰電池電動車,燃料電池車也有著明顯的短板,其發(fā)展最大的障礙就是其高昂的成本,而高昂的成本主要體現(xiàn)在燃料成本以及補充燃料基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)兩個方面。

一、氫燃料電池化學(xué)反應(yīng)所需的催化劑成本高。氫氣的氧化反應(yīng)與氧氣的還原反應(yīng)所使用的催化劑均為稀有金屬鉑,也就是我們所說的白金。在自然界中,白金是比黃金還稀少的存在,常作為貴重首飾的材料,因此,燃料電池的成本也因為鉑的存在而水漲船高。

二、燃料站修建成本高。由于需要處理和儲存液態(tài)氫氣,燃料站的設(shè)備需要能夠以-250攝氏度,幾乎接近絕對零度的溫度儲存幾乎上萬升液態(tài)氫的能力,且傳輸?shù)臅r候需要將液態(tài)氫氣在汽化塔內(nèi)轉(zhuǎn)化為氣體,然后加壓輸送到更小的儲存罐提供給每輛汽車上。

從上面這些特性不難看出燃料站的修建成本非常高,平均每一個燃料站的建造安裝費用高達(dá)100-200萬美元,而要知道普通充電站需要10萬美元左右,即使是特斯拉的超級充電站也只需30美元。

雖然近幾年,隨著技術(shù)的發(fā)展,燃料電池車的價格已從之前的10萬美元降至現(xiàn)在的6、7萬美元。但于此同時,我們也應(yīng)該看到特斯拉等的電動車價格已經(jīng)降至3萬美元左右。所以可以看出,目前燃料電池車最大的劣勢就在于其高昂的制造成本。此外,氫氣的來源以及氫氣的安全性也困擾著氫燃料電池車的發(fā)展。

燃料電池汽車市場或客車先行

正如上文所說的那樣,燃料電池車在使用過程中最大的問題是燃料站不好尋找,而優(yōu)勢是燃料補充時間特別短,且比較純電動有更好的形式里程和消耗率。而正是因為這些困境,燃料電池短期內(nèi)可期的應(yīng)用場景將會是類似SORA這樣的客車領(lǐng)域。

對于整個汽車產(chǎn)業(yè)而言,客車雖然總量小,但它具備以下特點:運力大,運營時間長,總量增速快,多運營于大氣污染的“重災(zāi)區(qū)”大中城市,是很多人最重要的交通工具之一,這些方面都易于包括燃料電池在內(nèi)發(fā)新能源技術(shù)的實際應(yīng)用。

此外,客車的能耗非常大,而電動客車充電時間很長,燃料電池車或許剛好可以彌補這個問題,而且里程和磨損度的優(yōu)勢,可以有效作用在長途客運方面。

另外一方面,客車主要用于公共服務(wù)領(lǐng)域,運行線路比較固定,便于彌補目前加氫設(shè)施的不完善,且便于產(chǎn)品的維修管理,這一特點也預(yù)示著客車領(lǐng)域會是燃料電池短期內(nèi)可期的一個應(yīng)用場景。

于此同時,作為城市的基礎(chǔ)設(shè)施的一部分,城市公交交通具有示范的作用,包括中國、美國、日本在內(nèi)的許多國家都選擇公交交通作為新能源汽車示范應(yīng)用初期的主力軍。

因此,客車特別是公交客車在新能源汽車發(fā)展過程中具備重要的意義,而豐田巴士“SORA”的開始銷售,或打開燃料電池汽車市場一扇新大門。