丰田燃料电池巴士“SORA”详解：客车将率先打开新技术之门？

前不久,丰田在日本国内首次获得燃料电池巴士“SORA”的车型认证,现已开始正式销售。与此同时,丰田预计在2020年东京奥运举行之前,为东京市区引入100辆燃料电池巴士“SORA”。近段时间来,业内关于燃料电池车的讨论声四起,作为未来新能源技术的解决方案之一,燃料电池技术是否会率先大批量落地在客车产品上,通过“SORA”,我们可以看出什么?

兼具环保与设计

SORA是一辆氢燃料电池巴士。SORA由Sky、Ocean、River、Air四个单词的首字母组成,表示地球水循环。

SORA采用了与传统巴士不太相同的造型设计。与传统巴士的箱型设计相比,SORA的外观看起来更加的立体。同时,LED前后尾灯也让SORA看起来更具科技范儿。

空间方面,SORA车身的长宽高分别为:10525/2490/3350mm。车内可以容纳79人,其中包含22个乘客座位,56个站位以及1个司机座位。值得一提的是,车内装配了可以折叠的水平座椅,在不使用时可将其折叠,为婴儿车或者轮椅提供空间。

SORA搭载了与丰田首款氢燃料汽车Mirai相同的TFCS燃料电池系统,其动力总成包括两个114kW的燃料电池组和双电机驱动,电机最大功率为113kW,峰值扭矩为335Nm。为SORA提供动力源的是总容量达600升的10个氢气罐,同时配备了一块镍氢电池以应对紧急措施。

此外,SORA还搭载了大容量外部供电系统,用于紧急情况时的动力输出,最大功率9kW,燃料满载的情况下可供应235kWh。

技术方面,车内外共有8个高清摄像头,可以位于驾驶席位置的监视器查看这些摄像头所拍摄的图像。SORA搭载的“视野辅助摄像头系统”,可以在停车时监测巴士四周运动的物体,并通过声音和图像提醒驾驶员,提高安全性。

SORA通过电动机驱动消除换挡时的顿挫感,搭载的加速控制系统可以控制驾驶过程中出现的急加速。此外,SORA搭载的自动到达控制系统还可以帮助驾驶者,将巴士指引到正确的停车位置。

燃料电池———氢与氧的碰撞

像SORA这类燃料电池车最大的特点就在于它的动力系统。从结构方面来讲,燃料电池车的动力系统组成与混合动力车的动力系统组成十分相似,不同点在于,燃料电池车将混合动力车上的发动机换成了燃料电池堆。

从本质上来说,燃料电池车与内燃机汽车倒是更为相近,两者的区别就在于内燃机汽车是将热能转换为机械能驱动车辆,而燃料电池车则是由燃料电池发电,再将电能转化为机械能。

燃料电池的工作原理很简单:燃料电池由阳极、电解质和阴极三个相邻的区段组成。在两个相邻的区段之间,会发生化学反应——氢气在阳极发生氧化反应,氧气在阴极发生还原反应,从而消耗燃料,产生电流,带动负载在系统上的电气设备,包括电动机、车载设备和组件等。

燃料电池车VS锂电池电动车

燃料电池工作原理简单,无二次污染等特性成就了燃料电池车。而说到燃料电池车,就不得不提新能源车的另一种类型———锂电池电动车,因为自从有新能源这个词开始,这两者之间的对比就没有断过,而相比于锂电池电动车,燃料电池车在以下几点有着明显的优势:

一、没有二次污染。氢燃料电池主要的成分是氢,在使用寿命结束后,并不会对环境造成污染,而锂离子电池因含有重金属镍、钴、砷等有毒污染物,所以必须要进行回收处理。

二、续航里程更远。氢燃料电池储能密度高,且重量轻,所以燃料电池车的续航里程相较电动汽车,普遍更远。要知道市面上在售燃料电池车的续航里程均超过500公里,而电动车中少有有如此优秀续航的车型。

三、燃料补充时间短。通常燃料电池车只需3到5分钟就能充满长途行驶所需的高压储气罐(70Mpa),而充电最快的特斯拉超级充电站20分钟才能充满一半电,完全充满则需要80分钟。

除此之外,燃料电池车在电池衰减、能效转化、易维修程度等多方面,也同样有着显著优势。

相比于锂电池电动车,燃料电池车也有着明显的短板,其发展最大的障碍就是其高昂的成本,而高昂的成本主要体现在燃料成本以及补充燃料基础设施建设两个方面。

一、氢燃料电池化学反应所需的催化剂成本高。氢气的氧化反应与氧气的还原反应所使用的催化剂均为稀有金属铂,也就是我们所说的白金。在自然界中,白金是比黄金还稀少的存在,常作为贵重首饰的材料,因此,燃料电池的成本也因为铂的存在而水涨船高。

二、燃料站修建成本高。由于需要处理和储存液态氢气,燃料站的设备需要能够以-250摄氏度,几乎接近绝对零度的温度储存几乎上万升液态氢的能力,且传输的时候需要将液态氢气在汽化塔内转化为气体,然后加压输送到更小的储存罐提供给每辆汽车上。

从上面这些特性不难看出燃料站的修建成本非常高,平均每一个燃料站的建造安装费用高达100-200万美元,而要知道普通充电站需要10万美元左右,即使是特斯拉的超级充电站也只需30美元。

虽然近几年,随着技术的发展,燃料电池车的价格已从之前的10万美元降至现在的6、7万美元。但于此同时,我们也应该看到特斯拉等的电动车价格已经降至3万美元左右。所以可以看出,目前燃料电池车最大的劣势就在于其高昂的制造成本。此外,氢气的来源以及氢气的安全性也困扰着氢燃料电池车的发展。

燃料电池汽车市场或客车先行

正如上文所说的那样,燃料电池车在使用过程中最大的问题是燃料站不好寻找,而优势是燃料补充时间特别短,且比较纯电动有更好的形式里程和消耗率。而正是因为这些困境,燃料电池短期内可期的应用场景将会是类似SORA这样的客车领域。

对于整个汽车产业而言,客车虽然总量小,但它具备以下特点:运力大,运营时间长,总量增速快,多运营于大气污染的“重灾区”大中城市,是很多人最重要的交通工具之一,这些方面都易于包括燃料电池在内发新能源技术的实际应用。

此外,客车的能耗非常大,而电动客车充电时间很长,燃料电池车或许刚好可以弥补这个问题,而且里程和磨损度的优势,可以有效作用在长途客运方面。

另外一方面,客车主要用于公共服务领域,运行线路比较固定,便于弥补目前加氢设施的不完善,且便于产品的维修管理,这一特点也预示着客车领域会是燃料电池短期内可期的一个应用场景。

于此同时,作为城市的基础设施的一部分,城市公交交通具有示范的作用,包括中国、美国、日本在内的许多国家都选择公交交通作为江南网页版登录入口官网下载 示范应用初期的主力军。

因此,客车特别是公交客车在江南网页版登录入口官网下载 发展过程中具备重要的意义,而丰田巴士“SORA”的开始销售,或打开燃料电池汽车市场一扇新大门。