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從開拓者到退出市場競爭,回顧了奔馳燃料電池汽車30年的研發歷程。

在燃料電池乘用車領域,日韓品牌如日中天,歐洲車企巨頭只有壹輛奔馳GLC?FC作為門面,比較寒酸。事實上,內燃機汽車的發明者梅賽德斯-奔馳在燃料電池汽車領域也處於領先地位,並為此付出了30年的努力。

早在1988年,戴姆勒工程師就提出將航空航天中使用的PEMFC應用到汽車上,1991年進入實用階段,僅用三年時間就研發出了第壹輛真正的PEM燃料電池汽車。時任戴姆勒-奔馳集團技術研究總監的赫默特·韋勒(Hemert Weller)自豪地提出:“我們正處於壹個新時代的最前沿,這個時代可以與戴姆勒和卡爾·奔馳制造出第壹輛以內燃機為動力的車輛的時代相媲美。”

相比本田、豐田、現代,在30年的燃料電池汽車研發歷程中,奔馳實現了PEM燃料電池汽車從0到1的突破,並進行了多元化探索:快速實現了“運樁”到“運人”,驗證了技術可行性,為行業指明了方向;不局限於壹種轎車,在轎車、SUV、客車、貨車上都有嘗試。從氣態氫和甲醇重整到液態氫,已經嘗試了各種儲氫方案。這說明了“汽車發明家”的強大實力和行業擔當,也說明了在新技術路線的探索上,奔馳並沒有像日韓企業那樣迅速把握技術發展的關鍵方向,全力以赴推動技術發展。

由於種種原因,奔馳停止了燃料電池乘用車項目的開發,商用車項目選擇與沃爾沃合作。奔馳從燃料電池領域的開拓者和領導者,到被邊緣化甚至暫時退出市場競爭的過程,發人深省。

目前我國燃料電池汽車產業以商用車為主,燃料電池乘用車仍處於探索階段。隨著技術和基礎設施的進壹步發展,中國將可能成為世界上最大的燃料電池乘用車市場。除了日本豐田和韓國現代,奔馳燃料電池汽車的發展歷程也值得借鑒,甚至可以為中國的純電動汽車產業發展提供借鑒:在缺乏參照物的情況下,如何探索壹個陌生的領域,如何避免被後來者邊緣化甚至淘汰?

1,1994: NECAR1,起點

1994年4月3日,戴姆勒-奔馳邀請國際媒體來到位於德國烏爾姆的新研究中心,向記者展示了梅賽德斯-奔馳設計的首款日常使用的燃料電池汽車——Necar。

圖1?NECAR1

內卡?1基於奔馳MB?100的面包車,在發布之前已經行駛了上千公裏。

這輛車更像是壹個移動實驗室,而不是壹輛適合日常使用的車。燃料電池系統由Ballard的十二個燃料電池堆組成,輸出功率50kW,總重量800KG,這是現在無法想象的。儲氫罐、電子控制裝置、壓縮機、冷卻系統,再加上很多測量儀器,塞滿了整個貨艙,幾乎沒有其他多余的空間——和中國的燃料電池在自動啟動上壹模壹樣。

儲氫罐可容納150升壓力為30MPa的壓縮氣體,可提供130公裏的續航。電機功率30kW,使得NECAR?1最高時速90km/h。

這是PEM燃料電池車的第壹次實踐,由“汽車發明家”來實踐,真的很獨特。從1991到1994這三年,實現了從0到1的突破,確實難能可貴。

圖二?內卡?1

2.1996: NECAR2,進步顯著,轟動世界。

1996年5月4日,戴姆勒-奔馳展示了全球首款采用燃料電池驅動的乘用車NECAR2。NECAR2以V級轎車為平臺,搭載45?kW?電機和50KW燃料電池系統。

相比NECAR1,這款車進步明顯。

堆棧方面,內卡?2中的燃料電池系統的尺寸和體積已經減小。由150個單體組成的兩個堆棧取代了NECAR?1的12疊只有270 kg左右,是之前產品的三分之壹,而輸出功率保持不變。

儲氫罐方面,兩個140升的儲氫罐位於車頂,將整車續航裏程擴大至250公裏,並提供6名乘客的空間。1的狹小空間有了很大的進步。同時,該車最高時速可達110 km/h。

內卡?2的展覽在全世界引起了轟動。紐約時報稱之為NECAR?2“零排放駕駛是否有突破?”。路透社稱之為“戴姆勒和巴拉德的巨大進步,他們在不犧牲電力的情況下,將電池質量降低到原來的五分之壹以下。”

有評論認為,“?戴姆勒宣布的燃料電池時間表比美國能源部的計劃至少提前了4年。”

內卡?展現了奔馳強大的R&D實力,在短短兩年內實現了從實驗室到工程產品的巨大跨越,實現了從“運樁”到“運人”的跨越,驗證了燃料電池汽車的技術可行性和可用性,引領了新能源汽車技術的發展。

圖三?內卡?2

3.1997: NECAR?3、甲醇重整

1997九月10,內卡?3亮相法蘭克福車展。這款車是基於?Class car平臺設計是全球首款車載甲醇重整燃料電池制氫汽車。

內卡?3轉化爐具有實驗室模型的特點。它需要後排乘客艙有很大的空間。燃料電池系統的“其余部分”壹直在“地板下”工作。當踩下油門踏板時,系統可以在兩秒鐘內提供其最大輸出的90%,這是壹款具有內燃機動力體驗的燃料電池汽車。

用內卡?2、在內卡爾?3、兩個150單體電池堆產生50 kW輸出。它們在大約80攝氏度的溫度下工作,在操作過程中產生的水被重新用於將甲醇轉化為氫氣。

裝滿38升甲醇的油箱可以輕松行駛300公裏。在限速設計下,功率為45kW的電機為車輛提供最高時速1.20km/h。

內卡?3展示了奔馳在遭遇儲氫技術瓶頸後的思考和嘗試,展示了其付諸實踐的能力。

圖4?內卡?三

4、1997?商用車NEBUS?o?405?總線在線

1997年5月26日,戴姆勒-奔馳在斯圖加特展出NEBUS(新型電動客車)。是戴姆勒-奔馳研究院,EvoBus?GmbH,與非排放商用車產能中心(KEN)合作的產物。

德國技術檢驗協會許可的實用客車寬2.50米,高3.50米,長12米,重14噸,可容納34名坐客和24名站客。

NEBUS壹次加氫續航裏程250公裏,足以應對常規服務公交的使用場景。它的最高時速大約是80?km?/?h .

NEBUS後面有10堆150個燃料電池,總輸出250 kW。車頂配備7個30MPa三星儲氫罐,存儲容量21kg。

圖5?內布斯

5.1999: NECAR4,實現車載液氫。

內卡?4也是基於3月1999在華盛頓特區展出的奔馳A級。

內卡?4中的兩個燃料電池堆分別由160個單體電池組成,總輸出功率達到70KW。它們只有行李箱大小,排列在A級車的地板下。

值得壹提的是NECAR?4.采用液氫的儲存方式。液氫儲罐位於車輛後部,其容量為100升。為了保持溫度極低,它由兩個鋼罐組成,所以看起來像壹個超大的保溫瓶。因為燃料電池需要氣態氫來運行,所以必須將冷的液態變成氣態:集成在水箱中的兩個加熱元件確保在車輛啟動時立即向電堆提供氫氣,並允許它們立即工作。

用了液氫之後,NECAR?最高時速145km/h,續航裏程450km,可容納五名乘客和行李。

當時評價認為那些技術更先進,空間結構設計更優化的?內卡?4是戴姆勒向燃料電池汽車批量生產邁出的決定性壹步。2000?從2008年開始,NECAR?4用於加州實際測試,15?車隊在日常條件下進行了密集的野外和日常駕駛測試。

1999年,豐田、本田、現代的燃料電池實驗車剛剛下線,而奔馳已經實現了上液氫的嘗試。奔馳在燃料電池汽車技術上的發展並不令人不快。

圖6?內卡?四

6、2000?NECAR4a,實現單堆汽車燃料電池系統。

內卡?版本4a用於實際測試。內卡?4a於2000年6月5438+065438+10月1投放市場,具備小批量生產能力,為同設計的A級車量產計劃奠定了基礎。

隨著NECAR推出1999?4, "?加州"?內卡?4用壓縮氫氣運行,也達到了145?km?/?h(90?每小時的最高速度)

這個型號的燃料電池更緊湊,僅由壹個輸出功率為75kw的鎮流器組成?馬克?900棧,它的體積可以減少壹半,重量也可以減少1/3。地板下三個容積為140升的氫氣罐增壓到35MPa,兩公斤左右的氫氣足夠滿足200公裏的續航。

7.2000年:NECAR5,達到生產裏程碑。

內卡?它實際上是在跟蹤NECAR嗎?繼4a之後的第六版NECAR概念車系列於2000年6月7日在柏林會議上推出。

內卡?5是NECAR?3的成熟繼承者采用了甲醇重整的方法。

內卡?通過使用壹個非常大的重整器,梅賽德斯只用了三年時間就將其尺寸減半,並大大減輕了重量。內卡。包括重整器在內的整個燃料電池系統首次安裝在奔馳A級上,而且不占用乘客及其行李的空間。它的最高時速超過145 km/h,由於使用了45升的油箱,續航時間可以達到400KM。

用內卡?4a,NECAR?使用75KW的單堆燃料電池系統,並且將其安裝在緊湊的(80?x?40?x?25厘米)裝在壹個抗振動和沖擊的容器中。由於新開發的乙二醇冷卻液,驅動系統具有防凍性能,即使在寒冷的冬天也可以啟動。與柴油發動機類似,系統需要預熱壹段時間才能達到工作溫度。

此時奔馳燃料電池乘用車的技術發展方向和幾個關鍵技術參數與20年後的相比依然沒有明顯的差別,甚至在儲氫方面也是領先的,並且解決了壹系列關鍵問題,足以說明奔馳在燃料電池汽車上的先進技術。

8.2001:沖刺手,卡車上線。

2001年7月26日,奔馳推出全球首款搭載燃料電池驅動系統的卡車Sprinter。

Sprinter配備75?kW?/?102?Hp電機,電力由單個電池組的燃料電池系統提供。最高時速大概是120?km?/?h .

計劃測試時間為兩年,但在運行的前12個月,人們對燃料電池卡車的期望得到了證實:卡車行駛了超過65,438+06,000公裏,沒有出現嚴重故障。

值得壹提的是,2018年,奔馳還對這款燃料電池卡車進行了“翻新”。

圖7?短跑運動員

9.2002年:a?班級?F-cell,證明自己,實現小批量生產。

5438年6月+2002年10月,戴姆勒克萊斯勒展出了壹輛?班級?F-cell,並宣布將生產60輛小型車。從2003年開始,在政府補貼的國際合作企業框架內,在歐洲、美國、日本、新加坡的小規模客戶日常運營中進行測試。

165438+2004年10月下旬,在西班牙巴塞羅那附近的伊迪亞達試驗場,壹輛?班級?F-cell已經行駛了24小時,這是燃料電池汽車首次在續航測試中實現自認證。車大概120?km?/?h的平均速度行駛了將近8500公裏。

10, 2002?:Citaro,燃料電池公交車更新

Citaro燃料電池巴士是NEBUS的繼任者。它的航程約為200公裏,根據設備的不同,最多可容納70名乘客。該車配備輸出功率200多?車頂上還安裝了KW燃料電池模塊和30MPa儲氫罐。這輛公共汽車的最高時速是80英裏?km?/?h(50?英裏/小時).

圖8?西塔羅

11,2005年:奔馳F600系列,開始概念車之旅。

在2005年6月5438+10月的東京車展上,奔馳推出了F?600?HYGENIUS汽車

工程師們通過新開發的燃料電池堆、電動渦輪增壓器和新的加濕和除濕系統,將燃料電池的尺寸縮小了約40%,並實現了86?KW峰值輸出,最大扭矩350 Nm。在250牛頓米的扭矩下,燃料電池驅動器的連續輸出為60?KW,能耗相當於每100 km消耗2.9升柴油。

必要時,f?600?HYGENIUS還可以用作移動發電機:其66?千瓦的電力輸出足以為幾個獨立的房子供電。

奔馳在燃料電池汽車上壹直保持著想象空間,但在實踐中逐漸被豐田和本田超越。此時,奔馳已經失去了燃料電池汽車技術的絕對領先地位。

圖9?F600r

12、2009?BlueZero?f細胞

奔馳BlueZero?F-Cell概念車於2009年6月在底特律國際車展上首次亮相。

奔馳BlueZero?F-Cell有b?上課的樣子。該車將配備90KW燃料電池,實現240英裏的續航裏程,是同款純電動版本續航裏程的兩倍。動力方面,BlueZero?F-Cell加速時間小於11秒。

圖10?BlueZero?f細胞

13,2010: b?類,接近量產

奔馳的燃料電池車最終在哪裏?2010?它於1980年進入小規模批量生產階段。從此,奔馳?b?a級燃料電池車(輸出功率?100kW/136hp,最高時速?170km/h,續航裏程?385km)每天都被歐美市場的客戶使用。

屆時,戴姆勒的燃料電池實驗車輛已經超過?300?車輛和車隊總裏程已超過12萬?公裏.僅在美國,就有大約?70?這款車的燃料電池車已經行駛了320多萬公裏。

2000-2065 438+00早已到了小批量生產階段的奔馳,還沒有完成從小批量到大批量的跨越。事實上,第壹款量產燃料電池乘用車現代IX35是在2013年上市的。這個角色本可以由奔馳來擔當,但由於技術、成本、市場認可度等各種原因,奔馳的燃料電池車量產計劃未能實現。

此時,奔馳已經失去了在燃料電池汽車研發上的領先地位。

圖11?b?班級?f細胞

14,2011年:F125,125周年。

奔馳F125氫燃料電池概念車於2011法蘭克福車展亮相。為慶祝奔馳而命名為125?125周年。

新車驅動系統的核心配備了更強大的燃料電池系統和集成的插電式混合動力技術。高性能先進技術的運用使車輛額定功率達到?200kW(272hp),最高速度?220km/h,續航裏程?1100km,其中大約?200km可以用強大小巧的高壓電池驅動,剩下的呢?900km?使用燃料電池驅動。

F125加速時間4.9秒,最高時速達到220 km/h。

圖12?F125

15, 2014?:視野?g代碼,塗料也能發電?

奔馳遠景?G-Code是壹款SUV,車輛的油漆是其最具創新性的設計:當車輛不在同壹位置運行或怠速時,多電壓油漆將通過許多不同的方式(包括風能和太陽能)發電,以幫助提供SUV不同組件運行所需的電力。

圖13?視覺?g代碼

16,2015: F105?燃料?細胞,神奇的外觀

車輛的續航裏程約為684英裏,其中124英裏由電池供電,然後剩余的560英裏由氫燃料電池提供。燃料電池本身驅動兩個後置電機,峰值輸出約272?惠普,零加速6.7秒左右。

多種燃料電池概念車體現了奔馳先進的汽車理念和深厚的技術積累,但這更像是“炫技”。在燃料電池汽車的實踐中,奔馳已經落後於日韓企業。

圖14?F105?足球俱樂部

17, 2018?梅賽德斯-奔馳GLCF電池

奔馳GLC F-CELL采用氫燃料電池技術,4.4kg氫燃料儲存在兩個碳纖維罐中,其中壹個位於驅動軸處,另壹個位於後座下方。將汽車的氫燃料電池的儲氫罐充滿大約需要三分鐘,最大續航裏程將達到437公裏。此外,新車還搭載了13.8千瓦時電池組,純電動續航裏程49km。

在豐田mirai和現代NEXO的夾擊下,這款車型是歐洲車企在燃料電池乘用車領域最後的“門面”。盡管有各種技術的積累,但在實際操作中,歐洲老牌車企在純電動和燃料電池方面無疑落後於東亞車企。

圖15?GLC?足球俱樂部

2020年,奔馳宣布GLC?FC項目暫停,寶馬的燃料電池車還要好幾年才能出來,即使有豐田的技術幫助。到目前為止,燃料電池乘用車市場只剩下東亞公司。歐洲在純電動汽車領域經歷了艱辛的追趕。燃料電池汽車領域會在市場壓力下重回苦逼追求純電動汽車的道路嗎?

本文來自車家作者汽車之家,不代表汽車之家立場。

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