前途无限的绿色公共交通工具——燃料电池大巴系统解读

来源:燃料电池百科 2020-04-20

2018年,丰田在日本国内首次获得燃料电池巴士“SORA”的车型认证。另外,丰田预计在2020年东京奥运会举行之前,为东京市区引入100辆燃料电池巴士“SORA”。这些消息将大家的目光逐渐聚集到燃料电池大巴上。对比乘用车各项相对严苛要求,大巴似乎更容易制造,更适合配置目前体积较为庞大的燃料电池动力系统。而且动力电池在此种日常较为重型的交通工具上,貌似比燃料电池的优势多不到哪里去。那么燃料电池巴士的系统究竟长啥样呢?

首先做大巴的系统我觉得可以分为:以乘用车系统为基础的大巴系统和原生大巴系统。前者主要指丰田、现代等一些有燃料电池乘用车研发经历的厂商开发出来的,电堆主要沿用乘用车上用过的金属板电堆;后者则主要指一些专业大巴厂商,电堆主要采用石墨电堆,其中许多厂商都是和巴拉德合作。

乘用车系统为基础的大巴系统

丰田在其一篇研究论文里介绍了其燃料电池巴士Sora,文中介绍了Sora的系统架构(如下图,左侧为大巴,右侧为乘用车)。结合下面的参数表,熟悉丰田Mirai的同学可以发现,其大巴系统基本上就是两个Mirai乘用车系统的叠加,两个子系统独立运行,各自驱动电机,电机通过齿轮机械带动车轮。从现代的车辆原理图中可以看到,该燃料电池系统也包含两个100kW的电堆,且储氢罐外形与乘用车几乎一样,猜测应该也是沿用其燃料电池乘用车的系统。这样设计的好处就是,像丰田、现代这种已经在燃料电池乘用车有丰富经验的厂商,可以轻松将多套子燃料电池系统集成至大巴中,且储氢系统可沿用乘用车上开发的系统,无需投入过多的金钱和时间去重新开发。

接下来我们来一起看看丰田和现代的大巴系统布置和其实物图:

丰田Sora

现代燃料电池大巴

可以看到,丰田和现代的布置思路几乎是一模一样,略有区别:

丰田:

储氢瓶——车头顶

燃料电池系统——车尾舱

电池包——车尾顶

空调系统——车中部

燃料电池系统散热器——车尾向两侧散热

现代:

储氢瓶——车顶前部

燃料电池系统——车尾舱

电池包——车头顶

空调系统——车中部

燃料电池系统散热器——车尾向后散热

两个系统设计看起来各有千秋,个人认为丰田的布置更优。毕竟现代将大部分的系统零部件均集成在了顶部,导致其实物图顶部有个扎眼的硕大盖子(当然也可能锅在设计师身上 )。对比丰田比较优美自然、与目前常见大巴差不多的外观设计,现代的车看起来实在有些简单粗暴了,对普及其燃料电池大巴可能会有消极影响。

原生大巴系统

自己开发大巴系统的厂商通常一开始不会像丰田现代那样去合并多个系统,而是像上图一样去通过一个燃料电池系统去驱动整辆车。

另外,由于大巴公司一般储氢系统设计伊始就是面对大巴这种长条,空间较充足的对象,其储氢瓶的设计会与本田、现代等公司有较大区别,会更多地使用长条形状的储氢瓶设计,总氢罐数量更少,系统更简单,储氢空间利用率更高。

这些特点在下面的几个设计图中体现的比较明显:

如上图为塔塔集团的燃料电池大巴(对没错!三哥的燃料电池大巴!)。部分原生的大巴系统比较简陋,这个车的车尾舱内系统设计凸显了这个缺点,可以看到在尾仓里6个电堆摆放在一个货架一样的结构上。!(不愧是。。)整个尾仓内的设计更像直接将台架搬进了大巴。。。

当然还有些大巴公司也设计出了一些看起来比较棒的原生大巴系统,比如下面这家公司:

New Flyer

该公司的燃料电池系统基于巴拉德电堆进行设计,电堆系统本身的体积比丰田现代大,但是因为只有一套系统,尾部空间占用率看起来相似。在该公司提出的长巴士设计中,其储氢罐充分利用了顶部的空间与长度,对比短巴士,轻松增加了一倍的氢气容量。

小结

通过对比燃料电池大巴的设计,可以发现:

1.有燃料电池乘用车开发经验的厂商,更倾向于集成已有的乘用车燃料电池系统到燃料电池大巴系统中。在这种大巴系统内,至少两个子燃料电池系统独立工作。而原生大巴系统,更倾向于只使用一个燃料电池系统驱动整辆大巴。

2.原生燃料电池大巴系统喜欢使用长条形储氢瓶,同样车长的条件下,储氢罐数量更少,储氢系统更简单,储氢空间利用率更高。乘用车为基础的燃料电池大巴系统,由于沿用,会使用非常多的小储氢瓶来组成储氢系统,储氢空间利用率较低。