重卡氫燃料電池行業(yè)迎來超重量級選手！      

卡車技術(shù)前線消息，豐田4月份已在北美完成8級重卡燃料電池動力總成套件認(rèn)證，卡車制造商可以使用這些套件為其重卡產(chǎn)品提供動力，直接換裝豐田氫燃料電池來滿足零排放要求，而無需自行研發(fā)。雖然尚未發(fā)布定價、功率或扭矩規(guī)格，但豐田已確定入局，巴拉德、博世、康明斯等將迎來最強(qiáng)對手。

實(shí)力選手的成長歷程

排放一直在收緊，幾乎所有北美卡車制造商—包括特斯拉、Mack、梅賽德斯-奔馳、沃爾沃和Freightliner—都在用電動解決方案應(yīng)對這一新挑戰(zhàn)，只有Nikola、戴姆勒等在開發(fā)氫燃料電池重卡，此次豐田選擇重卡氫燃料電池技術(shù)路線為該陣營增加了砝碼。

卡車技術(shù)前線估計(jì)豐田是為了發(fā)揮自己在氫燃料電池技術(shù)方面的長期積累和優(yōu)勢吧，畢竟豐田已經(jīng)為乘用車開發(fā)燃料電池30多年了，Mirai氫燃料電池乘用車早在2014年就上市銷售了，并且一直是世界上銷量最高的FCEV。

豐田氫燃料電池技術(shù)開發(fā)歷程

2015年，豐田曾宣布開放5680項(xiàng)燃料電池專利，創(chuàng)造了全球燃料電池開發(fā)的第三波浪潮，其燃料電池技術(shù)實(shí)力可見一斑。

在重卡方面，此前豐田在洛杉磯港已進(jìn)行了2代、約6年的概念驗(yàn)證演示，獲得了豐富的驗(yàn)證數(shù)據(jù)，并開發(fā)了第二代HDV氫燃料電池，本文后文有詳細(xì)技術(shù)介紹。

北美認(rèn)證HDV氫燃料電池動力套件

豐田最近宣布了加州空氣資源委員會（CARB）對其新型重型燃料電池電動動力系統(tǒng)的認(rèn)證。

豐田部門已獲得CARB的認(rèn)證，符合該機(jī)構(gòu)的零排放動力傳動系統(tǒng)行政命令，有資格獲得政府激勵措施。

獨(dú)立的動力總成以一種相對緊湊的套件形式出現(xiàn)——“氫燃料動力總成套件”，包括氫燃料儲罐、燃料電池組、電池、電動機(jī)和變速器，這些裝置旨在適應(yīng)現(xiàn)有的北美8級卡車結(jié)構(gòu)。即插即用的套件旨在用氫燃料驅(qū)動的電動機(jī)取代柴油發(fā)動機(jī)。

豐田重卡用氫燃料電池動力總成已準(zhǔn)備好商業(yè)化，此前2021年8月曾有消息稱豐田汽車正在肯塔基州喬治敦的工廠建立一條專用生產(chǎn)線，這次已確定將于今年晚些時候在豐田肯塔基州的制造廠開始為客戶生產(chǎn)。

燃料電池模塊將允許卡車制造商在豐田的技術(shù)支持下將無排放的燃料電池電動技術(shù)整合到現(xiàn)有平臺中。

兼顧歐洲與中國

豐田2023年7月1日成立了一個獨(dú)立的氫燃料電池業(yè)務(wù)部門Hydrogen Factory，擁有1350名員工，以擴(kuò)大燃料電池技術(shù)的應(yīng)用范圍，包括工業(yè)發(fā)電和商用卡車。

2023年5月，豐田和戴姆勒卡車控股宣布，雙方已同意在氫燃料電池技術(shù)方面進(jìn)行合作。

2023年7月，豐田汽車高管表示該公司將專注于在歐洲和中國銷售氫動力卡車和乘用車，希望到2030年銷售20萬輛氫動力汽車。2022年，豐田僅售出3900多輛燃料電池汽車，而其全球銷量為約950萬輛。

豐田汽車公司一直是氫燃料電池汽車作為電動汽車替代品的主要支持者，并且之前的業(yè)務(wù)重心一直是乘用車和北美市場。所以，此次將氫燃料業(yè)務(wù)聚焦歐洲和中國市場，是該公司重心的轉(zhuǎn)變。

歐洲氫燃料電池重卡項(xiàng)目

在歐洲，荷蘭VDL Groep正在研發(fā)一款豐田氫燃料電池驅(qū)動卡車，目前正在進(jìn)行認(rèn)證和注冊，預(yù)計(jì)應(yīng)在今年年底前完成。該車型可能在2023年底前投入使用。

此外，法國初創(chuàng)公司Hyliko也在開發(fā)一款使用豐田燃料電池的卡車。

對于重型應(yīng)用，對燃料電池系統(tǒng)進(jìn)行了一些輕微的修改，但大多數(shù)部件都被保留下來。然后將其包裝成兩種模塊形式，即箱形或平面布局，以適合車輛類型。

兩個模塊都是獨(dú)立工作的；基于車載監(jiān)控系統(tǒng)，每個模塊可以提供不同的輸出。根據(jù)應(yīng)用的不同，可能有兩個、三個或四個模塊。

豐田目前在卡車和客車上使用壓縮氫氣作為燃料電池，主要是因?yàn)檫@是更廣泛可用的。

豐田-日野氫燃料電池重卡

2020年3月，豐田汽車和日野汽車宣布將合作生產(chǎn)氫燃料電池重卡車。

豐田-日野 氫燃料電池牽引車

• 該氫燃料電池重卡以日野Profia卡車為基礎(chǔ)，重25噸，長11.9米，將配備兩組為下一代Mirai開發(fā)的豐田聚合物電解質(zhì)燃料電池堆，并帶有一個新的大容量高壓氫氣罐和一個鋰離子電池組。

• 預(yù)計(jì)該車在城市和高速公路混合行駛條件下，續(xù)航里程約為600公里。

• 當(dāng)時豐田和日野汽車雙方未透露這款氫燃料電池重卡的生產(chǎn)時間表。

重卡測試參數(shù)迭代

豐田從2017年開始的在洛杉磯港的示范可謂氫燃料電池重卡之濫觴，就是從那時候起，久已有之的氫燃料電池在重卡領(lǐng)域的應(yīng)用被重新納入視野，至今已成為一個主流技術(shù)路線，而卡車技術(shù)前線也正是從那個時候通過豐田項(xiàng)目開始關(guān)注FCEV的。

雖然已經(jīng)過去許久且是改裝示范項(xiàng)目，但豐田氫燃料電池重卡的技術(shù)迭代仍具有一定啟示意義。

豐田在近6年的開發(fā)過程中，已開發(fā)了多代重卡氫燃料電池動力系統(tǒng)原型，包括名為Ocean的一代卡車，該卡車在洛杉磯港進(jìn)行的概念驗(yàn)證演示。

洛杉磯港The Zero and Near Zero-Emission Freight Facilities project  項(xiàng)目。

豐田北美汽車(TMNA)2017年4月參與Porject Portal項(xiàng)目，研究在洛杉磯和長灘港口地區(qū)的重型貨車中應(yīng)用燃料電池技術(shù)的可行性，2017年5月，在豐田公開第一代燃料電池短駁牽引車，并于2018年推出了升級beta版本車輛。

在該項(xiàng)目中，豐田與Kenworth合作開發(fā)了使用更新的燃料電池電動動力總成原型的卡車，并部署了10輛Kenworth T680 8級卡車。

·豐田α版燃料電池牽引車  

Porject Portal項(xiàng)目2017年版本（α版）豐田卡車是世界首輛由整車廠商開發(fā)的氫燃料電池重載卡車，用于港口短駁用途。

豐田α版燃料電池牽引車

該車輛屬于概念車，非正式快速開發(fā)流程，開發(fā)周期約1年。由豐田于2016年下半年在里卡多底特律技術(shù)中心開發(fā)。

該8級半掛牽引車以Kenworth T660為原型，并使用了量產(chǎn)Mirai燃料電池汽車的2個燃料電池堆棧，串聯(lián)于駕駛室下方，驗(yàn)證了其拓展性，4個高壓儲氫罐（每個儲存10kg，壓力70MPa）及一個12kWh電池組。

車輛配備了2個串聯(lián)電機(jī)，可以輸出670 hp (500 kW)馬力和1796 N·m扭矩，與原有的10.8L柴油機(jī)性能相當(dāng)，百公里加速時間7秒，能夠以最高65英里/小時車速驅(qū)動接近11噸的牽引車和滿載的掛車，爬坡度12%，續(xù)航里程超過322 km，可滿足實(shí)際工況下行駛半徑70km的往返需求。在正常運(yùn)行模式下，這款概念卡車的總承重為80,000磅 (36t)。

豐田期望該卡車的40kg氫能夠使重量21970磅的牽引車和載荷60%（36000磅）的掛車行駛至少240英里。

初期使用儲氫罐車提供氫補(bǔ)充燃料，2017年豐田宣布了在長灘港建設(shè)商業(yè)規(guī)模氫能發(fā)電廠和加氫站的計(jì)劃，預(yù)計(jì)將于2020年上線。加氫時間需要30分鐘。

控制單元分別管理電池堆輸出、系統(tǒng)電壓和電池，均包括功率逆變器、升壓斬波電路（boost converter）、直流逆變器。當(dāng)再生制動對電池進(jìn)行充電時，逆變器調(diào)整電池堆和電機(jī)的功率輸出。升壓斬波電路將系統(tǒng)輸出從250v提高至最高650v。DC逆變器將250V直流變?yōu)?2V，保證安全操作低壓電器，如車燈、冷卻風(fēng)扇、空調(diào)和儀表板。該單元由來自Mirai的一對液冷系統(tǒng)冷卻，包括散熱器和風(fēng)扇。

·豐田β版燃料電池牽引車  

Project Portal 2.0新版（β版）第二代氫燃料電池半掛牽引車2018年7月推出，目的是驗(yàn)證商業(yè)可行性。

豐田委托Ricardo公司完成動力傳動系集成和零件裝配，以實(shí)現(xiàn)從柴油機(jī)到燃料電池所需的變，基于Kenworth T680低頂40英寸臥鋪駕駛室半掛牽引車。

維持了α版的扭矩和整車功率參數(shù)，電池、電機(jī)參數(shù)不變，但增加續(xù)航里程至超過300英里(483公里)。

使用6個高強(qiáng)塑料碳纖維纏繞玻璃纖維加強(qiáng)儲氫罐，可容納60kg壓縮氫氣（比第一代增加了50%），可行駛300英里。雙電機(jī)可輸出670馬力功率和1327磅扭矩。單速變速器操縱裝置直接使用了豐田Mirai部件。

未公布完成后整車重量，但柴油版T680的重量略低于14000磅，增加燃料電池系統(tǒng)后車重應(yīng)該會增加。豐田認(rèn)為能夠?qū)崿F(xiàn)與柴油版相當(dāng)?shù)闹亓?。整車重量減輕了1噸，減重主要依靠緊湊設(shè)計(jì)和燃料箱、電池框、盒體采用輕質(zhì)材料，并且重新設(shè)計(jì)了高壓線束減少了100磅銅線。

β版同樣使用Mirai燃料電池堆，但放棄了原來一代采用的Mirai用散熱器，改為采用更高效的標(biāo)準(zhǔn)柴油卡車散熱器，用于冷卻燃料電池堆。燃料電池堆布置在駕駛室地板下方，燃料電池堆所需的功率電器、冷卻系統(tǒng)、空氣壓縮機(jī)等布置在發(fā)動機(jī)艙部分。

更輕的重量以及改善后的冷卻系統(tǒng)將整車總體性能提高了10%。包括鋰電池內(nèi)的能量，系統(tǒng)能夠提供至少500kw的峰值功率。

第二代氫燃料電池特性

豐田從Mirai第一代到第二代燃料電池模塊，實(shí)現(xiàn)了巨大的改進(jìn)。單位體積功率提高了54%。單位質(zhì)量功率，93%。電池堆質(zhì)量減少了21%，體積減少了41%。

下一步的目標(biāo)應(yīng)該是繼續(xù)減輕重量，提高包裝密度，增加功率輸出和耐用性。

第二代豐田燃料電池模塊（圖片：豐田）

雙燃料電池模塊是整個燃料電池套件的關(guān)鍵組件，重約 1,400 磅（635kg），可提供高達(dá) 160 kW 的連續(xù)功率。燃料電池套件包括來自頂級供應(yīng)商的高壓電池、電動機(jī)、變速器和儲氫組件。在 80,000 磅（36.3噸）的滿載重量下提供超過 300 英里（483公里）的續(xù)航里程。

基于測試項(xiàng)目的成功及技術(shù)迭代，現(xiàn)在，HDV用氫燃料電池動力總成已準(zhǔn)備好商業(yè)化。

前線觀點(diǎn)

·說豐田，道豐田，前線就不說豐田的新能源戰(zhàn)略了，網(wǎng)上各種觀點(diǎn)都有。

·只說氫燃料電池HDV，看過戴姆勒、沃爾沃、豐田這樣大企業(yè)的抉擇，氫燃料電池重卡將來應(yīng)該還是有一席之地的。

·從國內(nèi)氫燃料電池企業(yè)和公告車型數(shù)量來看形勢一片大好，不過很少看到詳細(xì)的測試數(shù)據(jù)，尤其是長期用戶實(shí)際測試，建議還是要重視基礎(chǔ)技術(shù)，畢竟好不好是用戶說了算。