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现代汽车如何用氢能改变未来出行?看这一篇就够了

【EV视界报道】也许当你小时候从小贩手中接到氢气球的那一刻,可曾想到你手中握住的是未来汽车动力的重要来源之一?氢气,作为一种介于化石能源和电能之间的新能源,其有着制作工艺多、燃烧热值高和没有污染排放物等优势,并且它也能解决目前内燃机扯和电动车所产生的痛点(即:环保与续航),因此氢燃料也成为了一些企业重点发展的方向。

9月7日,现代集团在线上举办了Hydrogen Wave氢之日活动,而当天,也是联合国认证的“国际清洁空气蓝天日”。在如此重要的时间开发布会,可以说也让Hydrogen Wave氢之日成为了现代集团实现全球氢燃料普及的“起点”。那么,在这届活动上会有究竟会有什么看点?EV视界就来带您一点一点看来。

氢是重要的“二次能源”。尽管氢气在自然界中几乎没有天然存在,但它却是最为独特的能源形式之一——制备氢气的渠道多种多样,通过电解水、化石燃料、煤制氢、化工副产等等一系列方式,都可以制造出这最简单的单质。人类最早开发氢能是运用在太空探索之上,自从1965年美国开始研制液氢发动机业以来,相继研制成功了各种类型的喷气式和火箭式发动机。美国的航天飞机已成功使用液氢做燃料。我国长征 2号、3号也使用液氢做燃料。利用液氢代替燃料,来为车辆提供动力,由此氢燃料电池车就诞生了。

氢燃料电池车,就是使氢或含氢物质与空气中的氧在燃料电池中反应产生电力推动电动机。或许你会认为,这不就是一款电动车型吗?其实,现在常见的电动车是通过充电后,使用电池储存的电力推动电动机,从而驱动车辆。而氢燃料电池车通过化学作用发电产生电能,更像是一个“发电厂”。

韩国政府在2019年发布了“氢能经济发展路线图”,其中提出了将在2025年实现年产量10万辆燃料电池汽车的生产体系,2040年累计产量达到620万辆,并在同年实现FCV出租车8万辆、公交车4万辆和物流卡车3万辆的目标。为此,现代集团无疑成为该“路线图”的忠实“玩家”。

现代汽车集团郑义宣会长在氢之日全球线上发布会中正式公布现代汽车集团“氢能愿景2040”

其实现代集团在这一领域起步较早。1998年,现代汽车设立了燃料电池开发部门,并在2000年,以圣达菲车型为基础,研发了现代汽车第一款燃料电池汽车;同期,现代汽车创立北极星项目,独立开发了完整的燃料电池汽车系统,推出了搭载现代汽车燃料电池系统的北极星II概念车型,其输出功率为80kW,续航里程为370km。

2010年,现代汽车发布ix35燃料电池原型车,是现代汽车首次在车辆上使用700bar高压燃料存储技术的车型,配备100kW瓦燃料电池动力系统,续航里程可达635km。同期,现代汽车与挪威、瑞典、丹麦、冰岛政府签订氢燃料电池车展示项目谅解备忘录,现代所有燃料电池汽车行驶里程总和达200万公里.

2013年,现代集团就推出了世界上第一辆量产版氢燃料电池车——现代ix35 FCV。新车基于燃油版iX35打造,是一辆“油改氢”车型。其车身可以分为三个部分,分别是后部的氢储存区、中部的电池及逆变器、前部的燃料电池及动力总成。在后部的氢储存区,有两个互相连通的储氢罐,其壳体由碳纤维和铝材制成,兼顾了轻量化与结构强度,内部储存的氢气压力为70Mpa,转换后是10公斤压力。两个储氢罐可加载共5.64kg的液态氢。车辆拥有134Ps的输出功率,和221N·m的最大扭矩,续航里程达415km,而这在当时无疑是一款续航最高的新能源车型。

不过由于当时的成本和配套设施不完善等原因,其销量比较不佳。而到了2018年,现代集团又推出了全新的NEXO氢燃料电池车,而这一“枪”,成就了现代集团在氢能方面雄厚的“领导”地位。

虽然现代集团称这款车是现代ix35 FCV之后的第二代产品,但这两者的技术方面却有着很大差异。 

在动力系统上,现代ix35 FCV是电机与电堆分离布置,而NEXO则设计了将电堆和电机整合的动力元件,系统功率达到135kW,其中电堆达到了95kW,电电混合的技术路线能够兼顾功率、效率与寿命; 电机也从100kW升级到了120kW; 紧凑的设计使得动力系统体积下降了 18%、重量下降14%,但系统运行效率上升了5.1%,达到了60.4%。另外,NEXO开发的 FCV专用平台,使得可以在底盘上安装三个52升的碳纤维氢气罐,而不需要像途胜FCV将氢气罐分为一大一小,这让后备箱的体积也得到了显著增加。除此之外,现代为NEXO配备了燃料电池系统的监测与诊断系统,每月对燃料电池的健康状态进行检测并远程发送报告。

如此,自NEXO推出以来,销量也是领跑氢能源汽车市场,截止2021年1月,全球保有量达到12,953台。另外,今年1-7月,全球氢燃料电池汽车登记量突破1万辆,现代汽车销量位居第一,独揽半壁江山。而从市场份额来看,现代汽车以51.2%的份额位居第一,其次是丰田(40.1%)、本田(1.6%)。可见现代在氢能汽车市场上的强劲表现。

在CEO投资者日上,现代汽车还发布了氢燃料电池系统专属品牌“HTWO”。“HTWO”品牌凝聚了现代汽车在氢燃料电池技术领域深耕20余年的丰富经验。“HTWO”意指氢的分子式“H2”,同时也代表着氢燃料电池业务的两大基本出发点——“氢能(Hydrogen)”和“人类(Humanity)”。全新氢燃料电池系统专属品牌的推出,有望进一步促进现代汽车氢燃料电池业务的发展和氢能生态系统的构筑。

而在商用车领域,现代汽车集团已开始量产全球首款量产氢燃料电池重卡XCIENT Fuel Cell的改进升级版车型,并正在开发基于氢燃料电池重卡XCIENT Fuel Cell打造的牵引车,计划于2023年发布。同时,现代汽车集团计划基于新一代氢燃料电池技术,积极进军拥有每年40万辆中大型商用车销量规模的欧洲市场。面对2030年全球商用车预计达到700万辆的庞大市场需求,现代汽车集团计划开发5~7米车长的氢燃料电池个性定制化车型(Purpose Built Vehicle,PBV)。为了实现这一目标,现代汽车集团将通过在商用车领域充分应用自动驾驶和机器人技术来不断拓展在商用车领域的业务能力。

此次氢之日“Hydrogen Wave”全球线上发布会,现代汽车集团还提出了包含氢动智能无人运输车、高性能跑车、紧急救援车等多种汽车领域应用在内的未来氢能移动出行愿景。氢动智能无人运输车(Trailer Drone)作为全新概念车正式首秀,作为一种可实现完全自动驾驶的集装箱运输系统,其搭载氢燃料电池系统作为动力源,同时搭载两台智能无人运输平台e-Bogie。氢动智能无人运输车(Trailer Drone)根据行驶里程可量身配置储氢罐数量,从而确保一次充满氢气就拥有超过1,000km的续航里程,可完全媲美现有集装箱运输系统。

搭载氢燃料电池的e-Bogie(Fuel Cell e-Bogie)是一个真正多功能智能无人运输平台,可适用于各种场景,其设计灵感源自铁路行业的轨道转向架(Bogie)。e-Bogie就像轨道转向架一样位于集装箱下方,搭载氢燃料电池系统,可实现完全独立的四轮转向。氢动智能无人运输车(Trailer Drone)装配两台搭载氢燃料电池的e-Bogie,可进行横向移动实现前所未有的机动性。氢动智能无人运输车(Trailer Drone)可在港口作业与狭窄的城市环境中自动驾驶。“集群模式”进一步提高了效率,该模式下多辆氢动智能无人运输车(Trailer Drone)可以像火车一样同步行驶。

当然,在高性能车方面,现代集团的氢燃料电池技术也不会缺席。

现代汽车集团已经开发了氢能混动跑车概念车Vision FK。作为全球首款将氢燃料电池能量转换器与一个高功率、后轮驱动的插电式PE动力系统组合在一起的氢燃料电池车,Vision FK最大输出功率超过500kW,0~100km/h加速时间不到4秒,20分钟可充满氢气,最大续航里程超过600km。

除了车型,在氢燃料电池的技术方面,现代集团同样拿出了其最前沿的解决方案。目前正处于研发阶段的第三代氢燃料电池系统将取代NEXO现有的氢燃料电池系统,拥有100kW和200kW两种功率规格版本,计划于2023年推向市场。相比当前的氢燃料电池系统,新一代100kW氢燃料电池系统尺寸减小30%,使其更容易适用于不同的车型和应用领域。200kW规格版本与NEXO的氢燃料电池系统尺寸相近,但输出功率提升至2倍。2018年,NEXO搭载的第二代氢燃料电池系统实现了与内燃机车型相当的5,000小时和16万公里质保。而第三代氢燃料电池针对乘用车领域的开发目标是质保达到50万公里,同时价格相比第二代氢燃料电池系统降低了50%以上。这是实现2030年氢燃料电池车(FCEV)在价格竞争力上媲美纯电动汽车(BEV)目标的关键因素。

另外,现代汽车集团还亮相了一种全新的能量模块系统。该能量模块系统可通过堆叠100kW单元模块形成500kW级或1MW(兆瓦)级等系列化功率输出系统,非常适合作为大型船舶或IT公司的应急电源系统。同时,发布会中还展示了一种“全平型”氢燃料电池系统,其整体高度降低至25cm,可用于个性化定制车型PBV、MPV车型、客车和有轨电车等多种交通设备。

编者总结:

自1998年设立燃料电池开发部门以来,现代汽车已深耕氢燃料电池技术二十余年,并且在不断的技术发展中继续前行。随着它车企对于氢燃料技术的相继推出或者刚刚起步,现代集团已将在这一领域成为领头位置,并将继续深耕氢能移动出行领域,扩大氢燃料电池系统生产体系,建设氢能社会基础设施,并通过现代汽车集团氢之日“Hydrogen Wave”充满雄心地向全球发布“氢能愿景2040”和最新尖端氢燃料电池科技,致力于实现2040年的氢能普及目标,并逐步提高氢燃料电池车等电动化车型的销售份额,在2040年前助力建设一个全球性的氢能社会。

再看国内,虽然纯电动车会成为国内新能源市场的主要发展方向,但是中国如此庞大的市场体量,对于燃料电池车来说也是可以发挥巨大的。并且,国内对于氢能源技术的产业链还不完善,制氢、储运氢、加氢和燃料电池系统技术,均需要技术提高,因此这对于现代集团来说,绝对是一个可以拓展和发挥的舞台。

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刘昊编辑
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