从开拓者到退出市场竞争,回顾了奔驰燃料电池汽车30年的研发历程。
早在1988年,戴姆勒工程师就提出将航空航天中使用的PEMFC应用到汽车上,1991年进入实用阶段,仅用三年时间就研发出了第一辆真正的PEM燃料电池汽车。时任戴姆勒-奔驰集团技术研究总监的赫默特·韦勒(Hemert Weller)自豪地提出:“我们正处于一个新时代的最前沿,这个时代可以与戴姆勒和卡尔·奔驰制造出第一辆以内燃机为动力的车辆的时代相媲美。”
相比本田、丰田、现代,在30年的燃料电池汽车研发历程中,奔驰实现了PEM燃料电池汽车从0到1的突破,并进行了多元化探索:快速实现了“运桩”到“运人”,验证了技术可行性,为行业指明了方向;不局限于一种轿车,在轿车、SUV、客车、货车上都有尝试。从气态氢和甲醇重整到液态氢,已经尝试了各种储氢方案。这说明了“汽车发明家”的强大实力和行业担当,也说明了在新技术路线的探索上,奔驰并没有像日韩企业那样迅速把握技术发展的关键方向,全力以赴推动技术发展。
由于种种原因,奔驰停止了燃料电池乘用车项目的开发,商用车项目选择与沃尔沃合作。奔驰从燃料电池领域的开拓者和领导者,到被边缘化甚至暂时退出市场竞争的过程,发人深省。
目前我国燃料电池汽车产业以商用车为主,燃料电池乘用车仍处于探索阶段。随着技术和基础设施的进一步发展,中国将可能成为世界上最大的燃料电池乘用车市场。除了日本丰田和韩国现代,奔驰燃料电池汽车的发展历程也值得借鉴,甚至可以为中国的纯电动汽车产业发展提供借鉴:在缺乏参照物的情况下,如何探索一个陌生的领域,如何避免被后来者边缘化甚至淘汰?
1,1994: NECAR1,起点
1994年4月3日,戴姆勒-奔驰邀请国际媒体来到位于德国乌尔姆的新研究中心,向记者展示了梅赛德斯-奔驰设计的首款日常使用的燃料电池汽车——Necar。
图1?NECAR1
内卡?1基于奔驰MB?100的面包车,在发布之前已经行驶了上千公里。
这辆车更像是一个移动实验室,而不是一辆适合日常使用的车。燃料电池系统由Ballard的十二个燃料电池堆组成,输出功率50kW,总重量800KG,这是现在无法想象的。储氢罐、电子控制装置、压缩机、冷却系统,再加上很多测量仪器,塞满了整个货舱,几乎没有其他多余的空间——和中国的燃料电池在自动启动上一模一样。
储氢罐可容纳150升压力为30MPa的压缩气体,可提供130公里的续航。电机功率30kW,使得NECAR?1最高时速90km/h。
这是PEM燃料电池车的第一次实践,由“汽车发明家”来实践,真的很独特。从1991到1994这三年,实现了从0到1的突破,确实难能可贵。
图二?内卡?1
2.1996: NECAR2,进步显著,轰动世界。
1996年5月4日,戴姆勒-奔驰展示了全球首款采用燃料电池驱动的乘用车NECAR2。NECAR2以V级轿车为平台,搭载45?kW?电机和50KW燃料电池系统。
相比NECAR1,这款车进步明显。
堆栈方面,内卡?2中的燃料电池系统的尺寸和体积已经减小。由150个单体组成的两个堆栈取代了NECAR?1的12叠只有270 kg左右,是之前产品的三分之一,而输出功率保持不变。
储氢罐方面,两个140升的储氢罐位于车顶,将整车续航里程扩大至250公里,并提供6名乘客的空间。1的狭小空间有了很大的进步。同时,该车最高时速可达110 km/h。
内卡?2的展览在全世界引起了轰动。纽约时报称之为NECAR?2“零排放驾驶是否有突破?”。路透社称之为“戴姆勒和巴拉德的巨大进步,他们在不牺牲电力的情况下,将电池质量降低到原来的五分之一以下。”
有评论认为,“?戴姆勒宣布的燃料电池时间表比美国能源部的计划至少提前了4年。”
内卡?展现了奔驰强大的R&D实力,在短短两年内实现了从实验室到工程产品的巨大跨越,实现了从“运桩”到“运人”的跨越,验证了燃料电池汽车的技术可行性和可用性,引领了新能源汽车技术的发展。
图三?内卡?2
3.1997: NECAR?3、甲醇重整
1997九月10,内卡?3亮相法兰克福车展。这款车是基于?Class car平台设计是全球首款车载甲醇重整燃料电池制氢汽车。
内卡?3转化炉具有实验室模型的特点。它需要后排乘客舱有很大的空间。燃料电池系统的“其余部分”一直在“地板下”工作。当踩下油门踏板时,系统可以在两秒钟内提供其最大输出的90%,这是一款具有内燃机动力体验的燃料电池汽车。
用内卡?2、在内卡尔?3、两个150单体电池堆产生50 kW输出。它们在大约80摄氏度的温度下工作,在操作过程中产生的水被重新用于将甲醇转化为氢气。
装满38升甲醇的油箱可以轻松行驶300公里。在限速设计下,功率为45kW的电机为车辆提供最高时速1.20km/h。
内卡?3展示了奔驰在遭遇储氢技术瓶颈后的思考和尝试,展示了其付诸实践的能力。
图4?内卡?三
4、1997?商用车NEBUS?o?405?总线在线
1997年5月26日,戴姆勒-奔驰在斯图加特展出NEBUS(新型电动客车)。是戴姆勒-奔驰研究院,EvoBus?GmbH,与非排放商用车产能中心(KEN)合作的产物。
德国技术检验协会许可的实用客车宽2.50米,高3.50米,长12米,重14吨,可容纳34名坐客和24名站客。
NEBUS一次加氢续航里程250公里,足以应对常规服务公交的使用场景。它的最高时速大约是80?km?/?h .
NEBUS后面有10堆150个燃料电池,总输出250 kW。车顶配备7个30MPa三星储氢罐,存储容量21kg。
图5?内布斯
5.1999: NECAR4,实现车载液氢
内卡?4也是基于3月1999在华盛顿特区展出的奔驰A级。
内卡?4中的两个燃料电池堆分别由160个单体电池组成,总输出功率达到70KW。它们只有行李箱大小,排列在A级车的地板下。
值得一提的是NECAR?4.采用液氢的储存方式。液氢储罐位于车辆后部,其容量为100升。为了保持温度极低,它由两个钢罐组成,所以看起来像一个超大的保温瓶。因为燃料电池需要气态氢来运行,所以必须将冷的液态变成气态:集成在水箱中的两个加热元件确保在车辆启动时立即向电堆提供氢气,并允许它们立即工作。
用了液氢之后,NECAR?最高时速145km/h,续航里程450km,可容纳五名乘客和行李。
当时评价认为那些技术更先进,空间结构设计更优化的?内卡?4是戴姆勒向燃料电池汽车批量生产迈出的决定性一步。2000?从2008年开始,NECAR?4用于加州实际测试,15?车队在日常条件下进行了密集的野外和日常驾驶测试。
1999年,丰田、本田、现代的燃料电池实验车刚刚下线,而奔驰已经实现了上液氢的尝试。奔驰在燃料电池汽车技术上的发展并不令人不快。
图6?内卡?四
6、2000?NECAR4a,实现单堆汽车燃料电池系统。
内卡?版本4a用于实际测试。内卡?4a于2000年6月5438+065438+10月1投放市场,具备小批量生产能力,为同设计的A级车量产计划奠定了基础。
随着NECAR推出1999?4, "?加州"?内卡?4用压缩氢气运行,也达到了145?km?/?h(90?每小时的最高速度)
这个型号的燃料电池更紧凑,仅由一个输出功率为75kw的镇流器组成?马克?900栈,它的体积可以减少一半,重量也可以减少1/3。地板下三个容积为140升的氢气罐增压到35MPa,两公斤左右的氢气足够满足200公里的续航。
7.2000年:NECAR5,达到生产里程碑。
内卡?它实际上是在跟踪NECAR吗?继4a之后的第六版NECAR概念车系列于2000年6月7日在柏林会议上推出。
内卡?5是NECAR?3的成熟继承者采用了甲醇重整的方法。
内卡?通过使用一个非常大的重整器,梅赛德斯只用了三年时间就将其尺寸减半,并大大减轻了重量。内卡。包括重整器在内的整个燃料电池系统首次安装在奔驰A级上,而且不占用乘客及其行李的空间。它的最高时速超过145 km/h,由于使用了45升的油箱,续航时间可以达到400KM。
用内卡?4a,NECAR?使用75KW的单堆燃料电池系统,并且将其安装在紧凑的(80?x?40?x?25厘米)装在一个抗振动和冲击的容器中。由于新开发的乙二醇冷却液,驱动系统具有防冻性能,即使在寒冷的冬天也可以启动。与柴油发动机类似,系统需要预热一段时间才能达到工作温度。
此时奔驰燃料电池乘用车的技术发展方向和几个关键技术参数与20年后的相比依然没有明显的差别,甚至在储氢方面也是领先的,并且解决了一系列关键问题,足以说明奔驰在燃料电池汽车上的先进技术。
8.2001:冲刺手,卡车上线。
2001年7月26日,奔驰推出全球首款搭载燃料电池驱动系统的卡车Sprinter。
Sprinter配备75?kW?/?102?Hp电机,电力由单个电池组的燃料电池系统提供。最高时速大概是120?km?/?h .
计划测试时间为两年,但在运行的前12个月,人们对燃料电池卡车的期望得到了证实:卡车行驶了超过65,438+06,000公里,没有出现严重故障。
值得一提的是,2018年,奔驰还对这款燃料电池卡车进行了“翻新”。
图7?短跑运动员
9.2002年:a?班级?F-cell,证明自己,实现小批量生产。
5438年6月+2002年10月,戴姆勒克莱斯勒展出了一辆?班级?F-cell,并宣布将生产60辆小型车。从2003年开始,在政府补贴的国际合作企业框架内,在欧洲、美国、日本、新加坡的小规模客户日常运营中进行测试。
165438+2004年10月下旬,在西班牙巴塞罗那附近的伊迪亚达试验场,一辆?班级?F-cell已经行驶了24小时,这是燃料电池汽车首次在续航测试中实现自认证。车大概120?km?/?h的平均速度行驶了将近8500公里。
10, 2002?:Citaro,燃料电池公交车更新
Citaro燃料电池巴士是NEBUS的继任者。它的航程约为200公里,根据设备的不同,最多可容纳70名乘客。该车配备输出功率200多?车顶上还安装了KW燃料电池模块和30MPa储氢罐。这辆公共汽车的最高时速是80英里?km?/?h(50?英里/小时).
图8?西塔罗
11,2005年:奔驰F600系列,开始概念车之旅。
在2005年6月5438+10月的东京车展上,奔驰推出了F?600?HYGENIUS汽车
工程师们通过新开发的燃料电池堆、电动涡轮增压器和新的加湿和除湿系统,将燃料电池的尺寸缩小了约40%,并实现了86?KW峰值输出,最大扭矩350 Nm。在250牛顿米的扭矩下,燃料电池驱动器的连续输出为60?KW,能耗相当于每100 km消耗2.9升柴油。
必要时,f?600?HYGENIUS还可以用作移动发电机:其66?千瓦的电力输出足以为几个独立的房子供电。
奔驰在燃料电池汽车上一直保持着想象空间,但在实践中逐渐被丰田和本田超越。此时,奔驰已经失去了燃料电池汽车技术的绝对领先地位。
图9?F600r
12、2009?BlueZero?f细胞
奔驰BlueZero?F-Cell概念车于2009年6月在底特律国际车展上首次亮相。
奔驰BlueZero?F-Cell有b?上课的样子。该车将配备90KW燃料电池,实现240英里的续航里程,是同款纯电动版本续航里程的两倍。动力方面,BlueZero?F-Cell加速时间小于11秒。
图10?BlueZero?f细胞
13,2010: b?类,接近量产
奔驰的燃料电池车最终在哪里?2010?它于1980年进入小规模批量生产阶段。从此,奔驰?b?a级燃料电池车(输出功率?100kW/136hp,最高时速?170km/h,续航里程?385km)每天都被欧美市场的客户使用。
届时,戴姆勒的燃料电池实验车辆已经超过?300?车辆和车队总里程已超过12万?公里.仅在美国,就有大约?70?这款车的燃料电池车已经行驶了320多万公里。
2000-2065 438+00早已到了小批量生产阶段的奔驰,还没有完成从小批量到大批量的跨越。事实上,第一款量产燃料电池乘用车现代IX35是在2013年上市的。这个角色本可以由奔驰来担当,但由于技术、成本、市场认可度等各种原因,奔驰的燃料电池车量产计划未能实现。
此时,奔驰已经失去了在燃料电池汽车研发上的领先地位。
图11?b?班级?f细胞
14,2011年:F125,125周年。
奔驰F125氢燃料电池概念车于2011法兰克福车展亮相。为庆祝奔驰而命名为125?125周年。
新车驱动系统的核心配备了更强大的燃料电池系统和集成的插电式混合动力技术。高性能先进技术的运用使车辆额定功率达到?200kW(272hp),最高速度?220km/h,续航里程?1100km,其中大约?200km可以用强大小巧的高压电池驱动,剩下的呢?900km?使用燃料电池驱动。
F125加速时间4.9秒,最高时速达到220 km/h。
图12?F125
15, 2014?:视野?g代码,涂料也能发电?
奔驰远景?G-Code是一款SUV,车辆的油漆是其最具创新性的设计:当车辆不在同一位置运行或怠速时,多电压油漆将通过许多不同的方式(包括风能和太阳能)发电,以帮助提供SUV不同组件运行所需的电力。
图13?视觉?g代码
16,2015: F105?燃料?细胞,神奇的外观
车辆的续航里程约为684英里,其中124英里由电池供电,然后剩余的560英里由氢燃料电池提供。燃料电池本身驱动两个后置电机,峰值输出约272?惠普,零加速6.7秒左右。
多种燃料电池概念车体现了奔驰先进的汽车理念和深厚的技术积累,但这更像是“炫技”。在燃料电池汽车的实践中,奔驰已经落后于日韩企业。
图14?F105?足球俱乐部
17, 2018?梅赛德斯-奔驰GLCF电池
奔驰GLC F-CELL采用氢燃料电池技术,4.4kg氢燃料储存在两个碳纤维罐中,其中一个位于驱动轴处,另一个位于后座下方。将汽车的氢燃料电池的储氢罐充满大约需要三分钟,最大续航里程将达到437公里。此外,新车还搭载了13.8千瓦时电池组,纯电动续航里程49km。
在丰田mirai和现代NEXO的夹击下,这款车型是欧洲车企在燃料电池乘用车领域最后的“门面”。尽管有各种技术的积累,但在实际操作中,欧洲老牌车企在纯电动和燃料电池方面无疑落后于东亚车企。
图15?GLC?足球俱乐部
2020年,奔驰宣布GLC?FC项目暂停,宝马的燃料电池车还要好几年才能出来,即使有丰田的技术帮助。到目前为止,燃料电池乘用车市场只剩下东亚公司。欧洲在纯电动汽车领域经历了艰辛的追赶。燃料电池汽车领域会在市场压力下重回苦逼追求纯电动汽车的道路吗?
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