卡车迈向氢燃料时代？

陈 然 编译

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.

汽车界的电动化浪潮汹涌来袭，但是在体型较大的商用车辆上，它的步伐要缓慢一些，因为需要安装比轿车上多得多的电池。不过，这种局面正在悄然改变，氢燃料电池卡车正陆续横空出世。

肯沃斯T660型氢燃料电池牵引车

丰田北美公司与US Hybrid公司联手，在Project Portal项目框架之下，研制了肯沃斯T660型氢燃料电池牵引车。

在这辆外观寻常的长头车上，内部存在着截然不同的布置方案。原先的卧铺被蓄电池和氢气罐所取代。而发动机罩下，只有压缩机、氢燃料电池等部件。

肯沃斯T660型氢燃料电池牵引车散热器格栅上的“H2O”，暗示着这是一款氢燃料电池重卡，其排放物只有水。

在肯沃斯T660型氢燃料电池牵引车上，氢燃料电池共有740组，要比已经批量生产的丰田Mirai轿车多1倍。换言之，肯沃斯T660型氢燃料电池牵引车搭载了丰田Mirai轿车上那样的2套氢燃料电池。氢反应后产生的电能蓄积在两个总容量达12 kWh锂离子电池中，并向总功率为500 kW的2台电机提供电能。

加氢之后，肯沃斯T660型氢燃料电池牵引车能够大约连续行驶240～480 km。这显然要比号称一次加注氢燃料就能连续行驶约2 000 km的Nikola One氢燃料电池卡车逊色多了(见本文后面章节介绍)。不过，肯沃斯T660型氢燃料电池牵引车一次加注氢续驶里程是道路试验实测的结果，而Nikola One氢燃料电池卡车的数据只是大体估算值。并且，当初在设计肯沃斯T660型氢燃料电池牵引车之时，其用途考虑的仅仅是160 km范围内的“一日达”。比如，从美国洛杉矶到长滩港口仓库及其周边铁路之间运送货物。

测试中的肯沃斯T660型氢燃料电池牵引车

Nikola One氢燃料电池卡车

在6 400多km的路试过程中，丰田公司的专家一直在参与，其研究结果将有利于未来开发效率更高的氢燃料车型。

Nikola One氢燃料电池卡车

无独有偶。2016年12月1日，美国美国犹他州尼古拉汽车公司展出了名为Nikola One的一次加注燃料就能够行驶2 000 km的氢燃料电池卡车，并宣布该车型获得了总金额超过22亿美元的7 000份订单。

未来气息浓厚的Nikola One氢燃料电池卡车，安装了氢燃料电池，通过氢和氧的氧化还原反应产生电流向电动机供电。

其原理是，氢气在燃料电池负极经铂催化剂催化，氢原子的电子被分离后穿过质子交换膜，到达燃料电池正极，产生电流。电子到达正极，与氧原子和氢离子重新结合为水。所以，车辆排出的只有水蒸气，可以实现零排放。

据透露，Nikola One氢燃料电池卡车未来将有多种配置，视不同行程需要，搭载不同容量的储氢罐和蓄电池。顶级版本的氢燃料电池牵引车，将配备容量320 kWh的动力电池和功率736 kW的电机。

1.冷却系统；2.电机和转向器的驱动；3.800 V高压电子部件；4.锂离子电池；5.冷却器、制动系统贮气罐和电池水冷热交换器；6.3 kW燃料电池；7.氢电池和电动机；8.带电机的美驰后桥；9.HOLLAND FWAL鞍座的轻量化铝板

Nikola One氢燃料电池卡车实现了轻量化

2020年尼古拉汽车公司计划的加氢站分布图

专门为这款牵引车设计的电池容量最大可以达到320 kW时，这意味着，相当于特斯拉Model SP90D电池容量的3倍。氢燃料电池动力装置发出的功率也很壮观，具体参数为：745 kW(转矩2 712 Nm)。0～100 km/h加速时间仅为30 s左右，牵引力能够使满载36 t的车辆在坡度6%的道路上，保持105 km/h的行驶速度。如果每100 km消耗氢气4.6 kg，那么车载100 kg氢气，在公路行驶时，至少能够续驶1 900 km。燃料消耗等同于15.27 L/100 km，几乎比搭载底特律柴油机、康明斯柴油机或者卡特彼勒柴油机的类似车辆减少了一半。在氢气完全耗尽或者燃料电池故障的情况下，车辆还能仅仅依靠蓄电池继续行驶160 km。

据开发人员透露，Nikola One氢燃料电池卡车将比传统燃料车型更节省燃料，氢燃料电池代替了柴油机，使得整车重量减轻了900 kg，最大自质量仅为9.5 t，增加了车辆的载重能力。并且，把车辆重心降低了近1 m，减少了倾翻风险。由于没有发动机等复杂传统零部件，还降低了整车故障率以及维护保养费用。

电传动装置，使盘式制动系统的反应速度提高了10～15倍，从而保证了瞬间调整制动力，减少了制动距离。转向器机电传动具有转矩矢量系统，能够调节每个车轮的速度。

按照计划，用于生产Nikola One氢燃料电池卡车的新工厂在2017下半年开始动工，建设周期3～4年，第一款量产车大约于2020年下线。这一计划的最终实施日期，要取决于大型运输公司的订单和美国政府的扶持力度。

美国尼古拉汽车公司计划发展自己的加氢网络，打算2018－2019年开始购买地块，到2020年时至少建设56座加氢站，并且此后在美国和加拿大南部共建立起364座加氢站，以保证横贯美洲大陆东西部时能及时加注氢燃料。在此方面，尼古拉汽车公司选择与Ryder System公司合作，后者目前在北美拥有800个客户服务点。

Nikola One氢燃料牵引车流线型设计

Nikola One的内饰

上铺边分布着微波炉、电视机和储物柜

模块化设计，上铺可变为储物柜

在美国，氢气一般采用天然气重整制取。美国尼古拉汽车公司不想介入天然气市场，而是另辟蹊径地将采用100兆瓦级太阳能发电站发电，电解水制氢并输往各个加注站。氢燃料加注站的建设成本，不会低于200万美元。

加注氢燃料，只需耗费十几分钟。氢燃料加注时的安全性，也不必太过于担心，并不需要采取比加注压缩天然气或者液化天然气时更多的预防措施。只要正确储存和正确操作，就没有什么危险。

一次加注之后，根据不同的路况、负荷、电池容量，Nikola One氢燃料牵引车大约能够连续行驶1 300～1 930 km。蓄电池也可以通过外部电源充电，15 min充满。

Nikola One氢燃料牵引车流线型设计的前脸造型圆润，降低了风阻和油耗。

车身立柱很窄，盲区较小，极大地改善了驾驶视野。12台全景摄像头配备内置雷达，避免碰撞。

设计新颖的滑动式车门，提高了上下车的便利性。类似于飞行员进入机舱、充满未来主义风格的驾驶室，给驾驶员提供了良好的工作环境和体验感受。

全数字化的控制按钮，分布在转向盘右侧的21英寸的中央触摸屏上，可以实现车辆大部分功能。驾驶室后部设置了40英寸曲面4K电视机、基于4G LTE 移动网络的WiFi以及单人床、微波炉、带冰柜的全尺寸冰箱。

Meritor Automotive Inc.将为批量生产的Nikola One氢燃料电池卡车开发车架和车桥。车桥将配备再生制动器，收集车辆下坡时的制动能量并给电池充电，提升车辆能耗效率。

温馨的蓝色灯带

卧铺边的平板电脑，能遥控空调、照明

比起Nikola One，Nikola Two要稍稍逊色一些

Nikola Zero纯电动全地形车

尼古拉汽车公司没有自己的生产场地，首批5 000辆氢燃料电池卡车将由美国最大的载重汽车改装企业、位于田纳西州的“菲茨杰拉德”(Fitzgerald Glider Kits)制造。按照第1阶段的商务计划，2020年产能将达到9 000辆。

针对更便宜的版本Nikola Two，尼古拉汽车公司打算在2017年引入10亿美元资金，用于建设年产能5万辆的工厂。

届时，该工厂也将生产Nikola Zero纯电动全地形车。

此前，尼古拉汽车公司发布了Nikola Zero纯电动全地形车，据称是全球首款可选配防抱死制动系统(ABS)、车身稳定控制控制系统、防侧翻及牵引力控制系统的全地形车。并有305、408 kW动力装置以及75、100 kWh和125 kWh电池容量可选，市场售价3.5万美元起。该车0～100 km/h加速时间最短只需要3.9 s。在4×4 on road模式下，能够连续行驶322 km。

在Nikola One氢燃料电池卡车展示现场的演讲中，提到了田纳西州查塔努加的U.S.Xpress公司。这家美国最大的货运公司将是Nikola One氢燃料电池卡车的首批客户，展示发布会上的样车使用了该公司的涂装。U.S.Xpress公司将首次尝试全新的直达化国际联运业务，并通过Nikola Shipments货物跟踪方案优化运输。得益于自身的软件平台，运营商将有机会选择运输代理提供的货物并优化卡车运输。

Nikola One氢燃料电池卡车的整车价格高达37.5万美元，但是72个月或者160万km的租赁方案中包括免费加氢，所以说尽管前期投入巨大，不过，前景还是很诱人。

尼古拉汽车公司的伙伴Ryder System公司已经宣布，Nikola One氢燃料电池卡车的月租金大约为5 000～7 000美元(含保养和氢燃料免费加注)。显然，对于用户来说，这比柴油卡车更具吸引力。

结束语

氢燃料电池系统的能量转化率可达60%～80%，要远远高于燃气轮机和内燃机，而且排放的只有水，不存在使用传统车辆所导致的氮氧化物、碳氧化物、硫氧化合物、颗粒物污染，堪称绿色清洁能源动力装置。

愈来愈多的厂家聚焦于氢燃料电池卡车的研制，正是体现了基于上述各种优点的考量。

但是，也应当看到，氢燃料的制取、存储、运输仍然存在着一定的难度。

如果用碳氢原料(石油、天然气)及煤炭制取氢燃料，那么将会产生大量不利环保的温室气体；如果采用轻金属还原法或者电解法从水中获得氢燃料，那么将又面临电力不足的困扰。因此，最好采用太阳能、风能和生物能等真正符合环保要求的再生能源来制取氢气。再者，氢气易燃易爆、安全要求高，而且燃料电池催化剂也需要使用昂贵的铂或其他稀有金属。

从全世界范围来看，燃料电池卡车目前总体上仍处于研发、测试阶段，其大规模推广还有待时日。