梅赛德斯-奔驰eCitaro燃料电池通过高山极寒挑战

2023年6月初，梅赛德斯-奔驰首次展示了新的eCitaro燃料电池，这是第一辆使用燃料电池延长续航里程的常规巴士。在eCitaro燃料电池进行批量生产之前必须通过大量的功能和安全测试。其中就包括了冬季高山穿越，这当然面临着许多的挑战。（图源Daimlertruck）

在南蒂罗尔阿尔卑斯海拔1795米的Plan de Gralba宽阔的停车场里，寒冷的高山空气笼罩着黄色的、低地板的挂接巴士，这辆巴士看起来像个外来物体。当司机Andreas Hoffmann刮掉车窗上的冰时，一股白色的蒸汽从巴士的车顶结构上袅袅升起：这是巴士车顶上的燃料电池开始工作的明显迹象，燃料电池正利用空气中的氢和氧发电且只排放蒸汽。这辆测试车是铰接式巴士，是梅赛德斯-奔驰eCitaro燃料电池的四辆原型车之一。

第一辆采用燃料电池系统的电动巴士刚刚完成了系列测试中的一项，且以优异的成绩通过了测试：在远低于冰点的温度下经过一晚后，电力驱动系统和燃料电池顺利的启动。

2023年初，梅赛德斯-奔驰的一个测试工程师团队带着eCitaro燃料电池前往阿尔卑斯山，以测试燃料在冬季温度下的冷启动性能，并试验新研发的热管理系统。与此同时，在海拔1700米以上的高空运行，旨在深入了解燃料电池系统在极端海拔的功能。新的驱动系统还必须证明其在上坡和下坡坡度高达15%的苛刻山路上的性能。在这些具有挑战性的条件下，能源消耗引起了团队极大的兴趣。

和测试团队一起上路

测试经理Jonas Steinki表示，在测试过程中，测试工程师不断地监测无数的测量点和数据。“除了电池、燃料电池、发动机和乘客舱的温度，还包括驱动、加热和其他辅助功能耗、电池的充电水平和氢气罐的氢含量。”测试工程师Rainer Bickel、Stephan Lutz和Hannes Mayer在监控器上不断检查燃料电池系统、驱动、热管理和加热等最重要的参数，寻找异常，并将数据与计算的目标值进行比较。

这次测试持续了几天，首先从新乌尔姆穿过阿尔卑斯山，途经芬山口和雷申山口，到达博尔扎诺。电池和氢气的组合设计能够覆盖360公里的路线。然而，很难估计在冰点以下的温度下，在漫长而陡峭的通道上，能源消耗将如何发展。为了谨慎起见，研究小组决定在Allgäuer Tor服务站对高压电池进行部分充电。

燃料电池的热管理系统达成良好的能量平衡

在穿越弗恩山口的路上，测试团队很快就发现eCitaro燃料电池能够比预期的更好地适应这条苛刻的路线。Rainer Bickel指着显示器上相应的值解释说，燃料电池在20到30 kW的最有效功率范围内工作。新的热管理再利用燃料电池的废热来控制内部温度。几乎不使用电加热，所有辅助装置(如加热、转向和压缩机)的总能耗保持在非常低的水平。

eCitaro燃料电池也展示了它在下坡坡度上的优势。在制动过程中，回收功率增加到285 kW。这意味着:两个驱动轴上总共有四个电机，充当了交流发电机，为电池充电高达285 kW，这几乎是快速充电站的两倍。Rainer Bickel表示这已经足够了。为了不给电池带来太大的压力，我们将回收输出限制在285 kW。

正能量平衡持续了整个在博尔扎诺穿越阿尔卑斯山的目标：在行程了368公里和约55kWH的充电后，电池充电指示器仍然显示56%的SoC（充电状态）。储氢罐也仍有42%的氢。

目的地博尔扎诺有着便利的用氢条件

博尔扎诺是冬季试运行的理想目的地。博尔扎诺南高速公路交汇处就有一个公共加氢站，另一个加氢站位于博尔扎诺的Sasa运输公司的仓库，它拥有欧洲最好的氢气基础设施之一。这里的氢完全来自可再生能源：主要是利用水力发电进行电解水制氢。周围陡峭的山口和高海拔为燃料电池系统的海拔测试以及在具有挑战性的地形和低温下的进一步测试提供了理想的条件。

eCitaro燃料电池项目经理Shahrukh Javed强调，冬季测试只是eCitaro燃料电池在夏季开始批量生产之前必须进行的几项测试之一。储氢气和燃料电池系统已经成功完成了广泛的安全测试，其中一些测试超出了法规要求。这些测试包括冲击和振动测试，以及模拟事故的紧固系统的雪橇测试。

测试结果始终积极

Javed坚信，尽管气候室配备滚筒式测试试验台，但仍需要在真实条件下进行测试。他表示可以从高海拔、陡峭路线和低温中获得许多不同的测试结果和发现。这次测试旅行经验非常宝贵。eCitaro 燃料电池出色地完成了这次高山运行的挑战。得益于新的能源管理系统，燃料电池主要在以下环境中运行：最有效的功率范围为 20 至 30 kW，即使在长而陡的斜坡上也是如此。事实证明，新的热管理系统通过最佳地利用燃料电池的废热来控制车体内的温度，是提高能源效率的重要组成部分。在这次要求严格的测试旅程中，eCitaro 燃料电池在续航里程以及驱动器和燃料电池系统的效率方面超出了预期。