2021年10月,日本政府公布了其能源基本计划决定,制定了到2030年温室气体排放量较2013年减少46%并努力争取减排50%、到2050年实现碳中和目标的能源政策实施路径。计划中指出,在交通运输领域,推广电动汽车应用和基础设施建设,加强电动汽车相关技术(如电池)创新和供应链安全,推进人工智能等数字化技术应用,实现货物运输整体高效节能,将战略性建设加氢站,以进一步辅助燃料电池汽车和燃料电池卡车的部署。商用车在交通领域能源消耗和碳排放占比较高,纯电动汽车(EV)和燃料电池汽车(FCV)被视为商用车低碳技术发展的“先行者”。
日本商用车的纯电动汽车(EV)开发
日本政府为实现气候变化和温室气体减排目标的承诺,在最新的能源基本计划中制定了雄心勃勃的商用车电动化主要的方案,大幅利用新能源发电,结合电力系统发电的脱碳,减少商用汽车交通运输领域的二氧化碳排放。提案中提出了具体目标,到2030年电力总成本有望将进一步降低,将从上一期计划设定的9.2~9.5万亿日元降低到本次设定的8.6~8.8万亿日元。度电成本将从第五次能源计划中设定的9.4~9.7日元/千瓦时提升到本次计划设定的9.9~10.2日元/千瓦时。
同传统动力(柴油发动机、天然气发动机)系统相比,电动商用车的电池系统很笨重且陈本较高,具有因自身净重大而载重量有限、续航里程短的较大缺点。因此,同全球其他电动化汽车发展路径相同,在商用车领域均率先开展对轻型商用车开展优先研究,因为电池重量大导致载重受影响的缺点对这类车辆本身影响不大。
日野针对此类应用,率先开展了以电池为地板结构、四角配置车轮的低地板的“滑板式”底盘设计。下图中日野DUTRO Z EV的设计与其车型布局的不同之处在于它采用前轮驱动,左右后轮之间的后备箱地板与电池部分齐平。
日本也正在开发更多种类的电动商用车。图3显示的是Arrival电动版厢式货车,其结构布局与DUTRO相同,但由于是四驱系统,所以没有采用像DUTRO那样齐平的底盘系统。这类载货型商用车主要服务于大型物流公司,2021年起,初创公司Arrival,还有Rivian、Workhorse、BrightDrop(通用)等新品牌也陆续发布此类车型,由于解决了电动商用车在物流场景中的应用,相继收到来自UPS、亚马逊、DHL和联邦快递等大型物流公司的订单。
在重型电动商用车领域,车辆总质量为 27t的戴姆勒eActros则显出了电动卡车尺寸限制的技术性难题,如图所示。一般会将电池安装在车辆前后轮之间的车架下方区域,为了避免与地面的摩擦磕碰,不让最小离地间隙降低,则底盘车架的厚度就受到了技术性尺寸限制。这款电动商用车最大规格的电池总能量为420千瓦时,续航里程为400km。
日本燃料电池商用车的开发
由于续航里程短,电池自重大限制了载货重量,电动化在重型车辆上的应用受到了限制。因此,在日本新发布的能源基本计划中指出,积极与资源丰富的国家开展外交合作,整合推动建立氢/氨燃料供应链,以基础设施供应氢为前提向燃料电池商用车的转型也被列为方案之一。然而,该计划中设想的氢供应量据说到2030年都非常少,可能全面引入至少需要到2040年。在客车方面,100辆日本丰田SORA已经在日本上市运行,而卡车由于燃料电池堆功率和耐久性的限制,仍处于仅能制造有限样车的水平。以下为日本商用车制造商所涉及到的卡车/客车的试验样车。
为了使重型商用车辆的续航里程达到500km以上,有的采用像是日野Profia类似方案,在车辆内多处安装储氢罐(可使得其续航里程达到600km),也有采用的方法是像戴姆勒GenH2类似的方案,搭载液氢槽(续航里程可高达1,200km)。第一种方法可以充分利用重卡整体的内部空间,而第二种方法则能将供应系统归整到牵引车的头部空间里。
左右两个液氢槽与其间的电池、燃料电池堆等核心部件
内嵌到牵引车头内部的戴姆勒GenH2
三菱公司的燃料电池FCV重型商用车eCanter F-CELL的续航里程可以达到300km。在车型系族谱中对主力车型Canter的用户提供EV eCanter尚且无法覆盖到长续航产品,eCanter F-CELL基本结构为在东京车展的车辆,如下图所示。将来还需要通过技术研发升级、车型结构布局优化设计、储氢罐容量升级及燃料电池性能提升等技术路径,达到后期量产车辆的续航里程超过300km。
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