梅賽德斯-奔馳eCitaro燃料電池通過高山極寒挑戰

2023年6月初，梅賽德斯-奔馳首次展示了新的eCitaro燃料電池，這是第一輛使用燃料電池延長續航里程的常規巴士。在eCitaro燃料電池進行批量生產之前必須通過大量的功能和安全測試。其中就包括了冬季高山穿越，這當然面臨著許多的挑戰。（圖源Daimlertruck）

在南蒂羅爾阿爾卑斯海拔1795米的Plan de Gralba寬闊的停車場里，寒冷的高山空氣籠罩著黃色的、低地板的掛接巴士，這輛巴士看起來像個外來物體。當司機Andreas Hoffmann刮掉車窗上的冰時，一股白色的蒸汽從巴士的車頂結構上裊裊升起：這是巴士車頂上的燃料電池開始工作的明顯跡象，燃料電池正利用空氣中的氫和氧發電且只排放蒸汽。這輛測試車是鉸接式巴士，是梅賽德斯-奔馳eCitaro燃料電池的四輛原型車之一。

第一輛采用燃料電池系統的電動巴士剛剛完成了系列測試中的一項，且以優異的成績通過了測試：在遠低于冰點的溫度下經過一晚后，電力驅動系統和燃料電池順利的啟動。

2023年初，梅賽德斯-奔馳的一個測試工程師團隊帶著eCitaro燃料電池前往阿爾卑斯山，以測試燃料在冬季溫度下的冷啟動性能，并試驗新研發的熱管理系統。與此同時，在海拔1700米以上的高空運行，旨在深入了解燃料電池系統在極端海拔的功能。新的驅動系統還必須證明其在上坡和下坡坡度高達15%的苛刻山路上的性能。在這些具有挑戰性的條件下，能源消耗引起了團隊極大的興趣。

和測試團隊一起上路

測試經理Jonas Steinki表示，在測試過程中，測試工程師不斷地監測無數的測量點和數據。“除了電池、燃料電池、發動機和乘客艙的溫度，還包括驅動、加熱和其他輔助功能耗、電池的充電水平和氫氣罐的氫含量。”測試工程師Rainer Bickel、Stephan Lutz和Hannes Mayer在監控器上不斷檢查燃料電池系統、驅動、熱管理和加熱等最重要的參數，尋找異常，并將數據與計算的目標值進行比較。

這次測試持續了幾天，首先從新烏爾姆穿過阿爾卑斯山，途經芬山口和雷申山口，到達博爾扎諾。電池和氫氣的組合設計能夠覆蓋360公里的路線。然而，很難估計在冰點以下的溫度下，在漫長而陡峭的通道上，能源消耗將如何發展。為了謹慎起見，研究小組決定在Allgäuer Tor服務站對高壓電池進行部分充電。

燃料電池的熱管理系統達成良好的能量平衡

在穿越弗恩山口的路上，測試團隊很快就發現eCitaro燃料電池能夠比預期的更好地適應這條苛刻的路線。Rainer Bickel指著顯示器上相應的值解釋說，燃料電池在20到30 kW的最有效功率范圍內工作。新的熱管理再利用燃料電池的廢熱來控制內部溫度。幾乎不使用電加熱，所有輔助裝置(如加熱、轉向和壓縮機)的總能耗保持在非常低的水平。

eCitaro燃料電池也展示了它在下坡坡度上的優勢。在制動過程中，回收功率增加到285 kW。這意味著:兩個驅動軸上總共有四個電機，充當了交流發電機，為電池充電高達285 kW，這幾乎是快速充電站的兩倍。Rainer Bickel表示這已經足夠了。為了不給電池帶來太大的壓力，我們將回收輸出限制在285 kW。

正能量平衡持續了整個在博爾扎諾穿越阿爾卑斯山的目標：在行程了368公里和約55kWH的充電后，電池充電指示器仍然顯示56%的SoC（充電狀態）。儲氫罐也仍有42%的氫。

目的地博爾扎諾有著便利的用氫條件

博爾扎諾是冬季試運行的理想目的地。博爾扎諾南高速公路交匯處就有一個公共加氫站，另一個加氫站位于博爾扎諾的Sasa運輸公司的倉庫，它擁有歐洲最好的氫氣基礎設施之一。這里的氫完全來自可再生能源：主要是利用水力發電進行電解水制氫。周圍陡峭的山口和高海拔為燃料電池系統的海拔測試以及在具有挑戰性的地形和低溫下的進一步測試提供了理想的條件。

eCitaro燃料電池項目經理Shahrukh Javed強調，冬季測試只是eCitaro燃料電池在夏季開始批量生產之前必須進行的幾項測試之一。儲氫氣和燃料電池系統已經成功完成了廣泛的安全測試，其中一些測試超出了法規要求。這些測試包括沖擊和振動測試，以及模擬事故的緊固系統的雪橇測試。

測試結果始終積極

Javed堅信，盡管氣候室配備滾筒式測試試驗臺，但仍需要在真實條件下進行測試。他表示可以從高海拔、陡峭路線和低溫中獲得許多不同的測試結果和發現。這次測試旅行經驗非常寶貴。eCitaro 燃料電池出色地完成了這次高山運行的挑戰。得益于新的能源管理系統，燃料電池主要在以下環境中運行：最有效的功率范圍為 20 至 30 kW，即使在長而陡的斜坡上也是如此。事實證明，新的熱管理系統通過最佳地利用燃料電池的廢熱來控制車體內的溫度，是提高能源效率的重要組成部分。在這次要求嚴格的測試旅程中，eCitaro 燃料電池在續航里程以及驅動器和燃料電池系統的效率方面超出了預期。