最近意大利公共交通运营商TPER已在博洛尼亚投入运营首批127辆氢燃料公交车。
氢能在交通领域的应用主要体现在以下几个方面,以下是具体介绍:
氢燃料电池汽车
乘用车:部分高端品牌推出氢燃料电池乘用车,如丰田Mirai、现代NEXO等,具备零排放、续航里程长(通常400-600公里)、加氢速度快(3-5分钟)等优势,适合城市通勤和长途旅行。
商用车:氢燃料电池重卡、物流车、客车等应用广泛。例如,福田汽车推出的35吨级和49吨级液氢燃料电池重卡,续航可达700-1000公里,适用于物流运输、环卫作业等场景。
氢动力轨道交通
氢能源列车:中车长客、中车四方等企业研制了氢能源市域列车、有轨电车等,如“氢春号”文旅列车,采用氢燃料电池供电,无需接触网,续航里程超300公里,适用于非电气化铁路线路。
氢动力机车:中国中车首台“宁东号”氢动力机车,功率达800千瓦,可替代传统内燃机车,用于铁路调车、货运等场景。
氢动力船舶
内河船舶:国内首艘氢燃料电池动力工作船“三峡氢舟1号”已下水,续航里程200公里,适用于内河运输、旅游观光等。
海船:部分企业研发氢内燃机船舶,采用有机液态储氢技术,实现常温常压储运,续航能力达1000公里以上,适用于内河和近海运输。
氢动力航空
无人机:氢燃料电池无人机续航能力远超锂电池无人机,如济美动力研发的氢能无人机,持续悬停飞行时间超3小时,适用于巡检、监测、物流等场景。
有人驾驶飞机:国内首款四座氢内燃机飞机验证机已成功首飞,未来有望应用于支线客机、通用航空等领域。
总体而言,氢能在交通领域的应用仍处于快速发展阶段,虽面临成本、基础设施等挑战,但凭借零排放、长续航、快速加注等优势,正逐步成为交通领域绿色低碳转型的重要技术路径。
Solaris 向意大利 TPER 交付的这批 12 米级氢燃料电池公交车(型号为 Solaris Urbino 12 hydrogen),其核心动力系统采用了业界非常成熟的模块化氢动力方案。
以下是该车型的氢燃料电池及相关动力系统的核心规格参数:
1. 燃料电池模块规格
核心电堆:采用加拿大巴拉德动力系统(Ballard Power Systems)的 FCmove-HD 燃料电池系统(属于巴拉德第 8 代重载产品)。
额定功率:70 kW(部分早期版本为 60 kW,目前量产标准升级为 70 kW 高效电堆)。
技术特点:
高集成度与轻量化:相较于上一代产品,该电堆体积缩小了约 40%,重量减轻了 35%(系统总重约 250 kg)。
耐低温启动:系统具备极佳的环境适应性,可在 -25°C 的极端低温下实现冷启动。
2. 储氢与供氢系统
储氢瓶类型:采用 Type 4(IV型) 碳纤维全缠绕塑料内胆复合气瓶,具有极高的耐压与轻量化特性。
布置方式:5 个 312 升的气瓶(总容积 1560 L)纵向纵置在公交车的前轴上方车顶。
储氢质量:可在 350 bar(35 MPa) 的压力下储存约 37.5 kg 的气态氢气。
加氢时间:完全注满仅需数分钟(一般为 5-10 分钟)。
3. 辅助电驱与热管理系统
动力电池:配备容量为 30 kWh 的 Solaris High Power 钛酸锂(LTO)或高功率锂离子驱动电池。作为辅助动力源,它用于在车辆加速、爬坡时提供峰值功率支持,并在刹车时回收制动能量。
驱动电机:采用 ZF AVE110 电驱动桥,集成双异步轮边电机,最大输出功率为 2 × 125 kW(或 2 × 110 kW)。
热管理(高效能):车辆配备了基于 $CO_2$ 载冷剂的热泵空调系统。该系统设计非常巧妙,能够回收燃料电池工作时产生的副产物废热,将其用于车厢内的冬季供暖,从而大幅降低了传统电加热对续航的消耗。
综合性能表现
凭借 70 kW 燃料电池 + 30 kWh 动力电池 的混动配置,这批在博洛尼亚和费拉拉投入运营的公交车,在满氢状态下的标准续航里程可达 350 公里以上,且唯一的尾排副产物只有纯水,完全实现了城市公共交通的零排放。
新款 Solaris Urbino 12 Hydrogen 配备 70 kW 燃料电池和 5 个氢气罐,容量为 37.5 kg,旨在适应城市和郊区交通的需求,提供两门和三门配置,凭借 70 kW 燃料电池 + 30 kWh 动力电池 的混动配置,这批在博洛尼亚和费拉拉投入运营的公交车,在满氢状态下的标准续航里程可达 350 公里以上,且唯一的尾排副产物只有纯水,完全实现了城市公共交通的零排放。
梅赛德斯-奔驰 GenH2 卡车基于传统梅赛德斯-奔驰 Actros 长途卡车的特性,有效载荷约为 25 吨,总重量为 40 吨。 两个特殊的液氢罐和一个强大的以电池为中心的燃料电池系统有助于实现高有效载荷和长航程。氢燃料电池系统可提供 300 千瓦的功率 ,并搭载动力电池的容量为70kWh,增强了燃料电池的态势力支持,有助于在满载时加速或上坡行驶时实现最佳性能,此前,梅赛德斯-奔驰GenH2公路认证试验液氢重卡完成了戴姆勒卡车 #HydrogenRecordRun 的创纪录比赛,储存80kg液氢, 连续行驶1,047公里。
韩国现代在氢能卡车领域的旗舰代表作是 XCIENT Fuel Cell。它是全球首款实现量产并投入商业运营的氢燃料电池重卡。现代采用了双燃料电池并联的模块化方案。
北美重载版(Class 8 6×4 牵引车)氢燃料电池180 kW(由 2 个 90 kW 电堆组成),驱动电机功率:350 kW(约 476 马力)电机峰值扭矩:2,237 Nm, 5 速自动变速箱
储氢总量:约 68.6 kg 氢气(通常配备 10 个大型储氢罐) 北美重载版(美国 8 级重卡) 储氢压力:700 bar(70 MPa) ,单次续航:满载总重(GCW 约 37 吨)状态下,续航可达 450 英里(约 720 公里)。 加氢时间:在 700 bar 高压高速加氢站下,通常可在 15 - 20 分钟内加满。
这里依然延续了“电-电混动”的逻辑。虽然卡车的总重接近 40 吨,但车辆在高速公路平路巡航时,所需的维持功率也就在 150-180 kW 之间。现代用两个 90 kW(或 110 kW 欧洲版本约 31 kg 氢气 由 7 个35 MPa碳纤维复合气瓶组成,续航400 km)的电堆并联,能够极其从容地提供这部分平稳的巡航能量。
当卡车需要爬陡坡或在货场起步时,72 kWh 的动力电池会立刻插手,与燃料电池合力输出,瞬间将功率推满到驱动电机的 350 kW(476 马力)峰值,并爆发出 2,237 Nm 的惊人扭矩。这种设计完美兼顾了重卡对高动力、长寿命以及重载续航的严苛要求。
特斯拉 Semi 卡车长续航版(Long Range):搭载了可用容量高达 822 kWh(度) 的巨型电池包。车辆整备质量(Curb weight)约为 23,000 磅(约 10.4 吨),最大组合总重(GCW)达到 82,000 磅(约 37.2 吨)。后桥由三台电机驱动,峰值输出功率高达 800 kW。在官方宣称的 1.7 kWh/mile 的能耗表现下,其理论极限续航可达 483 英里(约 777 公里)。
在北美商用车市场,传统柴油重卡的自重通常在 15,000 至 17,000 磅之间。Semi 长续航版 23,000 磅的自重意味着它在同等法规限制下,必须牺牲约 3 吨的有效载荷(Payload)。
1.2 MW 的超充站一旦成规模铺设,对区域电网的冲击将是灾难性的。这意味着,Semi 的商业化推广绝对不可能脱离大规模的电池储能系统(BESS)与微电网的同步建设。因此,特斯拉真正在卖的,绝不仅仅是一辆卡车,而是“Megapack 储能 + 太阳能微电网 + Megacharger 超充 + Semi 卡车”的终极物流能源闭环。
日本日野汽车(Hino)在氢燃料电池重卡领域的旗舰代表作是 Hino Profia Z FCV(在部分海外市场被称为日野 700 系列 FCEV)。这款重卡是日野与母公司丰田(Toyota)深度合作的结晶。它直接移植并放大了丰田在乘用车(Mirai)上积累的燃料电池技术,并且是日本首款走向商用量产(通过租赁方式向物流车队投放)的 25 吨级氢能重卡。
储氢压力:700 bar(70 MPa) 高压系统
储氢质量:可容纳约 50 kg 气态氢气
续航里程:在满载总重 25 吨的实际商用综合工况(城市+高速)下,续航里程可达 650 公里(早期原型车规划为 600 公里,最终量产版优化至 650 公里)。
加氢时间:即便有 50 kg 的超大储氢量,在 70 MPa 专用重卡加氢站,完全加满也只需要 10 - 15 分钟。
实际有效载重量:在搭载厢式货车(Wing Van 飞翼车厢)的状态下,其纯拉货的载重能力依然能够保持在 11.6 吨 左右。这一数据几乎逼近了同级别传统柴油重卡的运载效率,解决了以往电动重卡“自重过大导致拉货少”的痛点。
它融合了日野在中重型卡车底盘调校、混合动力控制技术(日野在商用车混动领域深耕多年)上的经验,配合丰田目前全球量产规模最大、技术最成熟的 Mirai 燃料电池电堆。这种“双电堆并联+高压锂电”的电-电混动架构,让 25 吨的庞然大物在主要物流干线(如日本东名高速)上高速巡航时,能够保持极高的能量转化效率。