在2015年的全球氣候大會上,各國就控制全球平均氣溫升幅達成了共識,在全球氣候變暖、節能減排等背景下,汽車工業遇到了新的機遇和挑戰,也是車企轉型電氣化的起點。
相比目前陣容逐漸壯大的動力電池汽車,燃料電池汽車不僅續航里程更加可觀,與傳統燃油車相近的補能時間,直擊了當下BEV的用車痛點,特別是氫燃料電池,其副產物只有水,做到了對環境有益無害,而各國與各大車企對于社會基礎能源的新思考也就此展開。
聚焦全球車企,雖然對于氫燃料電池技術的研發可追述到上個世紀,但至今仍有產品量產并投放市場的,僅有本田、豐田等少數幾家車企,其中現代汽車更是較早推進氫燃料電池車量產,且技術也處于國際前沿的少數派。
2013年2月26日,ix35 FCV在現代汽車韓國蔚山工廠正式下線,于2014年在韓國本土開始銷售,并陸續進入北美與歐洲市場。作為全球首款進入量產階段的氫燃料電池車,ix35 FCV可謂是現代汽車氫燃料電池研發的成果結晶。
除了先于豐田Mirai兩年亮相外,ix35 FCV更標志著現代汽車成為了可自行量產氫燃料電池核心配件的車企,2015年ix35 FCV還獲得了沃德十佳發動機稱號。
緊接著2018年,現代第二款氫燃料電池車——NEXO正式投放本土及歐美市場,作為一款全新產品,NEXO不再以現有車型為藍本,而是采用現代第四代氫燃料電池系統,并脫胎于FCV專用平臺的產物。當然,NEXO也將“沃德十佳”納入了囊中。
現代NEXO基本信息如下:
1、?NEXO車身長寬高分別為4670mm、1860mm和1630mm,軸距達到了2790mm;
2、?氫燃料電池堆延續質子交換膜燃料電池路線,電堆可產生功率為100kW,工作溫度為-30至90攝氏度以內;
3、?前置電動機輸出最大功率為120kW,峰值扭矩為395Nm,車身后部的鋰電池組功率為40kW,輸出邏輯更趨近燃料電池與鋰電池“混動”,極端情況下使用鋰電可行駛10km;
4、?車身下方設計有三個規格相同的儲氫罐,總容積為156L(約6.3kg高壓氣態氫),滿氫時內部壓力位700bar,為防止外部壓力損傷氣罐,罐內壓力低于5bar時車輛無法行駛;
5、?氫燃料電池系統效率為60%,將氫氣加滿用時3-5分鐘,NEDC循環下續航里程為866km;
6、?借助現代的核心技術——空氣箔片軸承空氣壓縮機,NEXO能夠在海拔4300米以下正常行駛。
燃料電池顧名思義,相比鋰電池最大的區別在于,其電能的源頭在于化學能轉化,而非離子嵌入與脫嵌過程。氣態氫從電池負極進入,產生的氫質子(H+)通過質子交換膜抵達正極,并與氧氣發生反應,最終“副產物”僅為水,而電子則通過外電路產生電流,并帶動電機與用電設備。
經過5年的研發周期,現代汽車目前已掌握該類型氫燃料電池中,質子交換膜、雙極板等核心部件的研發與生產,規避了采購環節,技術層面更不會受制于人。不僅如此,得益于配套的冷卻系統已較為完備,NEXO搭載的燃料電池堆可做到無氫氣損失,啟動即可進入狀態最佳、最穩定的恒功率輸出。相比目前鋰電池在低容量狀態出現的斷崖式輸出,以及需要圈定可用容量上限避免過充的“掐頭去尾”,燃料電池在輸出特性方面更具優勢。
需要說明的是,作為電堆核心的質子交換膜并非一勞永逸,雖然當前技術背景下,其工作壽命最長可達到幾千甚至上萬小時,但與車輛的全壽命周期相比仍捉襟見肘。不過現代汽車為NEXO提供的保修期為10年/16萬公里,且電堆研發之初便考慮到了關鍵部件的壽命問題,所以前瞻也是“長壽”的因素之一。
當然,安全性同樣是氫燃料電池車能否普及的參考因素。目前NEXO已通過歐洲E-NCAP和美國IIHS碰撞測試,并取得了雙五星認證。除了整車安全基礎外,采用碳纖維外殼+聚合物內膽的儲氫罐,還進行了爆炸、燃燒、墜落、化學腐蝕、槍擊等眾多極限環境測試,以及12000次875bar加氫測試。
重點在于,該儲氫罐還設計有Exhaust system快速排氣系統,在發生碰撞事故時,車內傳感器會開啟排氫閥門,并將內部的高壓氫氣排空(正常運行時放氫內壓下限為5bar),以避免更極端的危險狀況。
在車云菌看來,NEXO更像是ix35 FCV全方位技術升級的產物,比如:
1、?NEXO搭載的燃料電池電堆較ix35 FCV,系統效率從55%提升至60%的同時,其體積也有所降低;
2、?NEXO采用的全球首款同型號3罐儲氫系統,總重量僅為111kg,較此前降低了16.5kg;
3、?車載鋰電池輸出功率從20kW提升至40kW;
4、?冷啟動下限從-20攝氏度下探到-30攝氏度。
本次車云菌體驗的海外量產版本,最直觀的升級在于,韓國標準下NEXO擁有609km續航里程,而ix35 FCV僅為415km,而這是建立在硬件與驅動邏輯“雙升”前提下的。
有別于ix35 FCV,NEXO對高壓電池系統的輸出功率進行了“拆分”,除了可在低溫時幫助燃料電池啟動,其中的20kW還負責與燃料電池組一同驅動電動機,另外的20kW則用于給車內用電器供能,而DC-DC轉換裝置,負責協同燃料電池(400V)與鋰電池(240V)輸出電壓。
需要說明的是,借助對高壓電池系統的輸出進行“拆分”,燃料電池堆在行駛過程中可進行適時“停機”,增加續航里程之余,也延長了燃料電池的使用壽命。
在短暫的試駕體驗中,NEXO整體動力儲備較為充足,ECO模式下NEXO的加速表現足夠讓人眼前一亮,且可應對城市、高速等多種路況下的超車、并線操作。至于Normal,在我看來說是SPORT也不為過,機敏的響應與深踩油門時的推背感,能夠立刻打消用戶對FCV動力性的顧慮。同時,NEXO在兩種駕駛模式下,加速力道均十分線性,更接近傳統燃油車的駕駛體驗。
當然,從底盤的濾震效果來看,NEXO仍是居家定位與注重舒適性的車型,且行駛時車內靜謐性值得肯定,高壓氣體發出的氣流聲客觀存在,但非常細微且不易被察覺。此外,該車能量回收系統支持從0-3的四級調節,能夠通過方向盤背面的“換擋撥片”操作,即便是回收力度最強的“3”擋,反向加速度的介入也不算突兀。
至于燃料電池與鋰電池間的交替過程,體感難以察覺,只能從車機能量流界面中看出,滑行或制動時鋰電池可兼顧儲能工作,加速過程中的介入時機,則與鋰電池電量有關,也可以說二者工作模式更類似于油電混合動力車型的輸出邏輯。
此外,NEXO還裝備了“側后方監視器”功能,與本田的盲區顯示類似,能夠向駕駛者反饋相鄰車道的實時畫面,區別在于,NEXO可提供左右兩側的畫面,并在儀表盤中顯示,進一步減少了駕駛員視線偏移前方的幾率。得益于采用FCV專用平臺,規整、充足的車內駕乘與儲物空間,也是NEXO的亮點所在。
不僅如此,清潔空氣也是NEXO的隱藏功能之一,在燃料電池工作的同時,該車還可凈化環境中99%的可吸入顆粒物,且現代汽車表示,10萬輛NEXO行駛60分鐘凈化的空氣,可供400萬人呼吸一小時。另外,該車也具備V2G技術,單臺可產生10kW的電能,并能夠為家庭、BEV和PHEV車型供電。
實話說,NEXO在駕駛感受層面的“無差別”,讓我印象深刻,從動力源來說,燃料電池不同于當前的BEV或燃油車型,但行駛過程中卻無需駕駛員額外留心什么,與其讓人適應車,不如車適應人,提升消費者對新產品的接受度,細節很重要。
可以說NEXO是氫燃料電池車落地的開始,但何時引入國內尚無定論,且反觀目前與氫相關的基礎設施建設,全面普及仍尚需時日,且并非某家車企憑“一己之力”能夠完成的,前途光明任重道遠。
從ix35 FCV到NEXO,從現有車型為基礎的衍生產品到專用平臺的全新車型,現代汽車在先于對手量產氫燃料電池并投放市場的同時,也在加速技術研發與升級。眼下,該品牌已覆蓋HEV、PHEV、BEV、FCV四大類新能源產品,構建自身中長期愿景之余,加速“動力源”轉型也成為現代汽車未來發展方向。
當下,現代汽車已致力于降低FCV車型中鉑(Pt)催化劑的用量,未來FCV中的鉑將從如今的幾十可降低至幾克,削減對貴金屬依賴的同時,也有助于降低FCV車型單價,以擴大市場規模效應。值得一提的是,現代汽車打算將氫燃料電池技術,推廣至卡車、火車、船舶甚至發電機等不同領域,且其自身具備包含“質子交換膜”在內的多類型燃料電池的開發能力。
按照計劃,現代汽車在2019-2025年間交付1600輛氫燃料電池重卡,而與奧迪簽訂的專利交叉許可協議,則預示著科技輸出將成為現代汽車的“產品”之一。2030年前,現代將具備年產70萬個燃料電池堆的能力,其中50萬臺將用于汽車制造。
除了產品與技術層面的普及外,現代汽車還將攜手中、韓等國家,共同向氫能社會邁進,與其說現代在推廣燃料電池,不如說其將成為氫能的領導者。