De ser pionero a retirarse de la competencia en el mercado, este artículo analiza los 30 años de historia de Mercedes-Benz en investigación y desarrollo de vehículos de pila de combustible.
En el sector de los turismos de pila de combustible, las marcas japonesas y coreanas están en auge. Los gigantes automovilísticos europeos sólo tienen como fachada un Mercedes-Benz GLC FC, algo bastante lamentable. De hecho, Mercedes-Benz, el inventor del vehículo con motor de combustión interna, también es líder en el campo de los vehículos de pila de combustible y le ha dedicado 30 años de duro trabajo.
Ya en 1988, los ingenieros de Daimler propusieron aplicar el PEMFC utilizado en el sector aeroespacial a los automóviles. Entró en la etapa práctica en 1991 y desarrolló el primer PEMFC real en solo 3 años. Helmut Wehler, entonces Director de Investigación Técnica del Grupo Daimler-Benz, afirmó con orgullo: “Estamos a la vanguardia de una nueva era y podemos competir con el primer automóvil con motor de combustión interna construido por Daimler y Karl Benz "en comparación con la era de". vehículos propulsados"
En comparación con empresas automovilísticas como Honda, Toyota y Hyundai, durante los 30 años de investigación y desarrollo de vehículos de pila de combustible, Mercedes-Benz ha logrado la transformación de los vehículos de pila de combustible PEM de 0 a 1. Se han logrado avances y se han realizado exploraciones diversificadas: desde "transportar pilas" hasta "transportar personas" rápidamente, verificando la viabilidad técnica y señalando la dirección de la industria no limitada a un solo tipo de automóviles, sino también en; Se han probado automóviles, SUV, autobuses, camiones, desde hidrógeno gaseoso, reformado de metanol hasta hidrógeno líquido, y se han probado varias soluciones de almacenamiento de hidrógeno. Esto demuestra la gran fuerza y la responsabilidad industrial del "inventor del automóvil". También muestra que en la exploración de nuevas rutas tecnológicas, Mercedes-Benz no captó rápidamente las direcciones clave del desarrollo tecnológico y no hizo todo lo posible para promover el desarrollo tecnológico. como empresas japonesas y coreanas.
Por diversas razones, Mercedes-Benz suspendió el desarrollo del proyecto de turismos de pila de combustible y optó por cooperar con Volvo para el proyecto de vehículos comerciales. Mercedes-Benz ha pasado de ser pionera y líder en el campo de las pilas de combustible a quedar marginada o incluso retirarse temporalmente de la competencia en el mercado.
La industria de vehículos de pila de combustible de China está actualmente dominada por los vehículos comerciales, mientras que los vehículos de pasajeros de pila de combustible aún se encuentran en la etapa exploratoria. Después de un mayor desarrollo de la tecnología y una mayor mejora de la infraestructura, es probable que China se convierta rápidamente en el mercado de vehículos de pasajeros de pila de combustible más grande del mundo. Además de la japonesa Toyota y la surcoreana Hyundai, también vale la pena aprender de la historia del desarrollo de vehículos de pila de combustible de Mercedes-Benz, que incluso puede servir de referencia para el desarrollo de la industria china de vehículos eléctricos puros: cuando faltan objetos de referencia, ¿cómo ¿Explorar un campo desconocido y evitar ser marginados o incluso eliminados por los recién llegados?
1. 1994: NECAR1, punto de partida
El 13 de abril de 1994, Daimler-Benz invitó a medios internacionales a su nuevo centro de investigación en Ulm, Alemania, y mostró a los periodistas el Mercedes-Benz. Primer automóvil de pila de combustible diseñado para uso diario: NECAR.
Figura 1?NECAR1
NECAR?1 se basa en la furgoneta Mercedes-Benz MB?100 y ha recorrido miles de kilómetros antes de su lanzamiento.
Este coche se parece más a un laboratorio móvil que a un coche apto para el uso diario. El sistema de pila de combustible consta de doce pilas de pilas de combustible Ballard con una potencia de 50 kW y un peso total de 800 kg, una cifra que ahora parece inimaginable. El tanque de almacenamiento de hidrógeno, el dispositivo de control electrónico, el compresor, el sistema de refrigeración y muchos instrumentos de medición llenan todo el compartimento de carga, casi sin dejar espacio adicional; esto es exactamente lo mismo que cuando comenzaron los vehículos de pila de combustible en mi país.
El tanque de almacenamiento de hidrógeno tiene capacidad para 150 litros de gas comprimido a una presión de 30 MPa y puede proporcionar una autonomía de 130 kilómetros. La potencia del motor eléctrico es de 30 kW, lo que permite al NECAR 1 alcanzar una velocidad máxima de 90 km/h.
Esta es la primera práctica de los vehículos de pila de combustible PEM y, de hecho, es única en la práctica del "inventor del automóvil". Lograr un avance de 0 a 1 en tres años, entre 1991 y 1994, es verdaderamente encomiable.
Figura 2?NECAR?1
2. 1996: NECAR2, avance evidente, sensacional en el mundo
El 14 de mayo de 1996, Daimler- Mercedes- Benz ha mostrado al público el primer turismo del mundo con propulsión por pila de combustible, el NECAR2. NECAR2 utiliza el sedán clase V como plataforma y está equipado con un motor eléctrico de 45 kW y un sistema de pila de combustible de 50 kW.
Este coche ha logrado avances significativos respecto al NECAR1.
En términos de pilas, el sistema de pila de combustible de NECAR?2 se ha reducido en tamaño y volumen. Dos pilas compuestas por 150 células sustituyen a las 12 pilas del NECAR?1, que pesa sólo unos 270 kilogramos, un tercio del producto anterior, manteniendo la misma potencia de salida.
En cuanto a los tanques de almacenamiento de hidrógeno, dos tanques de hidrógeno de 140 litros están ubicados en el techo, extendiendo la autonomía del vehículo a 250 kilómetros y proporcionando espacio para seis pasajeros, en comparación con el espacio más estrecho que tiene el NECAR?1. hizo enormes progresos. Al mismo tiempo, la velocidad máxima del coche puede alcanzar los 110 km/h.
La exhibición de NECAR?2 causó sensación en todo el mundo. El New York Times calificó al NECAR 2 como un "avance en la conducción sin emisiones". Reuters lo llama “un gran paso adelante para Daimler y Ballard, que han reducido la batería a menos de una quinta parte de su masa original sin sacrificar potencia.
”
Algunos comentarios decían: “El calendario de pilas de combustible anunciado por Daimler está al menos cuatro años por delante del plan del Departamento de Energía de Estados Unidos. ”
NECAR?2 muestra la fuerte fortaleza en I+D de Mercedes-Benz, que en sólo dos años ha logrado un enorme salto del laboratorio a los productos de ingeniería, y del “transporte de reactores” al “transporte de personas”, constató el informe. viabilidad técnica y disponibilidad de vehículos de pila de combustible, y lideró el desarrollo de tecnología de vehículos de nueva energía
Figura 3?
3, 1997: NECAR 3. ¿Reforma de metanol? /p>
El 10 de septiembre de 1997, el NECAR?3 fue presentado en el Salón del Automóvil de Frankfurt. El automóvil fue diseñado basándose en la plataforma del sedán clase A y fue la primera celda de combustible de producción de hidrógeno reformada con metanol montada en un vehículo. Coche.
El reformador del NECAR 3 tiene las características de un modelo de laboratorio. Requiere mucho espacio en el habitáculo trasero. El "resto" del sistema de pila de combustible ya está funcionando "debajo". piso". Cuando se pisa el pedal del acelerador, el sistema es capaz de entregar el 90% de su potencia máxima en dos segundos, lo que lo convierte en un vehículo de pila de combustible con la experiencia de potencia de un vehículo con motor de combustión interna.
Al igual que en NECAR?2, en NECAR?3, dos pilas con 150 celdas producen una potencia de 50 kilovatios. Funcionan a una temperatura de aproximadamente 80 °C y el agua producida durante el funcionamiento se reutiliza para transformar el metanol en hidrógeno. /p>
Un tanque de combustible lleno de 38 litros de metanol puede recorrer fácilmente 300 kilómetros. Según el diseño de límite de velocidad, el motor eléctrico de 45 kW proporciona al vehículo una velocidad máxima de 120 km/h. NECAR?3 muestra el pensamiento y los intentos de Mercedes-Benz después de encontrar el cuello de botella de la tecnología de almacenamiento de hidrógeno y muestra su capacidad para ponerlo en práctica.
Figura 4?NECAR?3
4. , 1997: Vehículo comercial NEBUS O 405 N, autobús en línea
El 26 de mayo de 1997, Daimler-Benz exhibió en Stuttgart el NEBUS (Nuevo autobús eléctrico) con 3,50 metros de largo, 12 metros de largo y un peso de 14 toneladas; , y tiene capacidad para 34 pasajeros sentados y 24 de pie.
NEBUS tiene una autonomía de 250 kilómetros con un repostaje de hidrógeno, suficiente para los autobuses de servicio regular. Su velocidad máxima es de unos 80 km/h.
NEBUS está equipado con 10 pilas de 150 pilas de combustible en la parte trasera y una potencia total de 250 kW. Un tanque de almacenamiento de hidrógeno Samsung de 30 MPa con una capacidad de almacenamiento de hidrógeno de 21 kilogramos.
Figura 5. ? NEBUS
5. 1999: NECAR4, creando hidrógeno líquido montado en vehículos
NECAR?4 también se basa en el Mercedes-Benz Clase A y se demostró en Washington, DC el 17 de marzo de 1999.
Las dos pilas de pilas de combustible del NECAR?4 constan cada una de 160 celdas, compuestas por una sola batería, y la potencia de salida total alcanza los 70 KW. Tienen sólo el tamaño de una maleta y se instalan bajo el suelo del coche de clase A.
Cabe mencionar que NECAR?4 utiliza el método de almacenamiento de hidrógeno líquido. El depósito de almacenamiento de hidrógeno líquido está situado en la parte trasera del vehículo y tiene una capacidad de 100 litros. Para mantener temperaturas extremadamente bajas, consta de dos tanques de acero, por lo que parece un termo de gran tamaño. Dado que las pilas de combustible necesitan hidrógeno gaseoso para funcionar, el líquido helado debe convertirse en gas: dos elementos calefactores integrados en el depósito garantizan que las pilas reciban hidrógeno inmediatamente al arrancar el vehículo y les permitan funcionar inmediatamente.
Después de utilizar hidrógeno líquido, NECAR?4 tiene una velocidad máxima de 145 km/h, una autonomía de crucero de 450 km y puede proporcionar espacio para cinco pasajeros y equipaje.
Las evaluaciones de la época creían que el NECAR 4, con una tecnología más avanzada y un diseño de estructura espacial más optimizado, fue un paso decisivo dado por Daimler hacia la producción en serie de vehículos de pila de combustible a partir del año 2000. El NECAR 4 se utiliza para pruebas del mundo real en California, donde 15 equipos lo sometieron a pruebas intensivas de conducción todoterreno y diarias en condiciones cotidianas.
En 1999, los vehículos experimentales de pila de combustible de Toyota, Honda y Hyundai acababan de salir de la línea de montaje, y Mercedes-Benz ya había intentado poner hidrógeno líquido en el vehículo. El desarrollo de Mercedes-Benz en la tecnología de vehículos de pila de combustible no es insatisfactorio.
Figura 6?NECAR?4
6. ¿2000?: NECAR4a, realizando un sistema de pila de combustible montado en un vehículo de una sola pila
La versión NECAR?4a es utilizado para pruebas reales. NECAR?4a salió al mercado el 1 de noviembre de 2000. Tiene la capacidad de producir lotes pequeños, sentando las bases para el plan de producción en masa de automóviles de clase A con el mismo diseño.
En comparación con el NECAR 4 lanzado en 1999, el NECAR 4 "California" funciona con hidrógeno comprimido y también alcanza una velocidad máxima de 145 km/h (90 mph).
La pila de combustible de este modelo es más compacto y consta únicamente de una pila Ballard Mark 900 con una potencia de salida de 75 kW. Su volumen se puede reducir a la mitad y su peso se puede reducir a 1/3. Tres tanques de hidrógeno de 140 litros bajo el suelo están presurizados a 35 MPa. Aproximadamente dos kilogramos de hidrógeno son suficientes para cubrir una autonomía de 200 kilómetros.
7. 2000: NECAR5, alcanzando un hito en producción
NECAR?5 es en realidad la sexta versión de la serie de autos conceptuales NECAR después del NECAR?4a, presentado en la Conferencia de Berlín en noviembre. 7, 2000.
NECAR?5 es el sucesor maduro de NECAR?3 y adopta el método de reformado de metanol.
NECAR?3 utiliza un reformador muy grande. Mercedes-Benz tardó sólo tres años en reducir a la mitad su tamaño y reducir considerablemente su peso. Por lo tanto, NECAR 5 es el primero en instalar todo el sistema de pila de combustible, incluido el reformador, en el Mercedes-Benz Clase A sin invadir el espacio de los pasajeros y su equipaje. Su velocidad máxima supera los 145 kilómetros por hora y, gracias al uso de un tanque de combustible de 45 litros, su autonomía puede alcanzar los 400 kilómetros.
Igual que NECAR?4a, NECAR?5 utiliza un sistema de pila de combustible de una sola pila de 75 KW y se instala con humidificadores, equipos electrónicos, etc. en un tamaño compacto (80 x 40 x 25 cm). Contenedor resistente a vibraciones y golpes. Gracias al refrigerante de glicol recientemente desarrollado, el sistema de propulsión es resistente a las heladas y puede ponerse en marcha incluso en un clima invernal helado. Al igual que los motores diésel, el sistema requiere un período de calentamiento antes de alcanzar la temperatura de funcionamiento.
En este momento, la dirección del desarrollo tecnológico y varios parámetros técnicos clave de los turismos de pila de combustible de Mercedes-Benz todavía no difieren significativamente de los de 20 años después, e incluso están por delante en términos de hidrógeno. almacenamiento y han resuelto el problema Se han resuelto una serie de cuestiones clave, lo que es suficiente para mostrar el avance de Mercedes-Benz en la tecnología de vehículos de pila de combustible. 8. 2001: Sprinter, lanzamiento del camión
El 26 de julio de 2001, Mercedes-Benz lanzó el Sprinter, el primer camión del mundo con un sistema de propulsión de pila de combustible.
La Sprinter está equipada con un motor eléctrico de 75 kW/102 CV y la energía la proporciona un sistema de pila de combustible de pila única. La velocidad máxima es de unos 120 km?/?h.
El período de pruebas previsto es de dos años, pero los primeros doce meses de funcionamiento ya han confirmado las expectativas para una furgoneta de pila de combustible: la furgoneta ha recorrido más de 16.000 kilómetros sin incidentes graves.
Cabe mencionar que en 2018, Mercedes-Benz también “renovó” este camión de pila de combustible.
Figura 7 Sprinter
9. 2002: ¿Una?clase?F-cell, demostró su valía y logró una producción en lotes pequeños.
En octubre de 2002, DaimlerChrysler mostró la A?clase?F-cell y anunció que se producirán 60 coches pequeños. Desde 2003, se ha probado en operaciones diarias con pequeños clientes en Europa, Estados Unidos, Japón y Singapur, en el marco de una empresa cooperativa internacional subvencionada por el gobierno.
A finales de noviembre de 2004, en la pista de pruebas de Idiada, cerca de Barcelona, España, el Clase A F-cell condujo de forma continua durante 24 horas. Esta fue la primera vez que un vehículo de pila de combustible logró su autonomía. -certificación en una prueba de resistencia. El coche recorrió casi 8.500 kilómetros a una velocidad media de unos 120 km/h.
10.2002?: Citaro, actualización del autobús de pila de combustible
El autobús de pila de combustible Citaro es el sucesor de NEBUS. Tiene una autonomía de aproximadamente 200 kilómetros y puede albergar hasta 70 pasajeros, según equipamiento. El automóvil está equipado con un módulo de pila de combustible con una potencia de más de 200 kW y también está instalado en el techo un tanque de almacenamiento de hidrógeno de 30 MPa. La velocidad máxima del autobús alcanzó los 80 km/h (50 mph).
Figura 8? Citaro
2005: Mercedes-Benz serie F600, iniciando su andadura como concept car
En el Salón del Automóvil de Tokio de octubre de 2005, Mercedes -Benz Des-Benz lanzó el automóvil F?600?HYGENIUS.
Los ingenieros redujeron el tamaño de las pilas de combustible en aproximadamente un 40 % (lo que se logró mediante una pila de pilas de combustible recientemente desarrollada, un turbocompresor eléctrico y un nuevo sistema de humidificación y deshumidificación) y lograron una potencia máxima de 86 kW y un par máximo de 350 Nm. Con un par de 250 Newton metros, el propulsor de pila de combustible tiene una potencia continua de 60 kW y un consumo de energía equivalente a 2,9 litros de diésel cada 100 kilómetros.
Cuando sea necesario, el F?600?HYGENIUS también se puede utilizar como generador móvil: su potencia de 66?kW es suficiente para alimentar varias casas independientes.
Mercedes-Benz ha mantenido su imaginación en los vehículos de pila de combustible, pero en la práctica está siendo superada gradualmente por Toyota, Honda y otros. En este momento, Mercedes-Benz ha perdido su anterior liderazgo absoluto en la tecnología de vehículos de pila de combustible.
Figura 9?F600r
12. ¿BlueZero?F-Cell 2009?
Concept car Mercedes BlueZero?F-Cell en enero de 2009 Debutando en el Detroit International Salón del Automóvil, el Mercedes-Benz BlueZero F-Cell tiene un aspecto de clase B. El vehículo estará equipado con una pila de combustible de 90 kW y alcanzará una autonomía de 240 millas, que es el doble de la autonomía de la versión puramente eléctrica del mismo vehículo. En términos de potencia, el tiempo de aceleración del BlueZero? F-Cell de cero a 100 segundos es inferior a 11 segundos.
Figura 10 BlueZero F-Cell 13. 2010: Clase B, cerca de la producción en masa
El vehículo de pila de combustible de Mercedes-Benz finalmente entró en producción en masa a pequeña escala en la etapa de 2010. Desde entonces, los vehículos de pila de combustible Mercedes-Benz Clase B (potencia de salida 100 kW/136 CV, velocidad máxima 170 km/h, autonomía de crucero 385 km) son utilizados todos los días por los clientes de los mercados europeo y americano.
En ese momento, los vehículos experimentales de pila de combustible de Daimler habían superado los 300 y el kilometraje total de la flota había superado los 12 millones de kilómetros. Sólo en Estados Unidos hay alrededor de 70 vehículos de pila de combustible que han recorrido más de 3,2 millones de kilómetros.
De 2000 a 2010, Mercedes-Benz, que ya había alcanzado la etapa de producción en pequeños lotes, aún no había completado el salto de la etapa de producción en pequeños lotes a la etapa de producción en masa. De hecho, el primer turismo de pila de combustible producido en serie, el Hyundai IX35, se lanzó en 2013. Este papel podría haberlo desempeñado Mercedes-Benz, sin embargo, por diversas razones, como la tecnología, el coste y el reconocimiento del mercado, Mercedes. -El plan de producción en masa de vehículos de pila de combustible de Benz finalmente no se materializó.
En estos momentos, Mercedes-Benz ha perdido su posición de liderazgo en el desarrollo de vehículos de pila de combustible.
Figura 11?Clase B?F-Cell
14. 2011: F125, 125 aniversario
El concept car de pila de combustible de hidrógeno Mercedes-Benz F125 fue presentado en el Salón del Automóvil de Frankfurt de 2011. Fue nombrado 125 para celebrar el 125 aniversario de Mercedes-Benz.
El núcleo del sistema de propulsión del nuevo vehículo está equipado con un sistema de pila de combustible más potente y tecnología híbrida enchufable integrada. El uso de tecnología avanzada de alto rendimiento permite que la potencia nominal del vehículo alcance los 200 kW (272 CV), la velocidad máxima hasta los 220 km/h y la autonomía de crucero hasta los 1.100 km, de los cuales unos 200 km pueden ser impulsados por una potente y compacta batería de alto voltaje. y los 900 kilómetros restantes propulsados por pilas de combustible.
El tiempo de aceleración del F125 de 0 a 100 mph es de 4,9 segundos y su velocidad máxima alcanza los 220 km/h.
Figura 12?F125
15. ¿2014?: Vision?G-Code, ¿la pintura también puede generar electricidad?
El Mercedes-Benz Vision G-Code es un SUV, y la pintura del vehículo es su diseño más innovador: cuando el vehículo no está en marcha o al ralentí en la misma posición, la pintura multivoltaje pasará múltiples Generan electricidad de diferentes maneras, incluidas la eólica y la solar, para ayudar a proporcionar la energía necesaria para hacer funcionar los diferentes componentes del SUV.
Figura 13 Vision G-Code
16. 2015: pila de combustible F105, apariencia mágica
El vehículo tiene una autonomía de crucero de aproximadamente 684 millas, incluidas 124 millas con batería, luego una celda de combustible de hidrógeno proporciona las 560 millas restantes de alcance. La propia pila de combustible impulsa dos motores eléctricos traseros con una potencia máxima de aproximadamente 272 CV y una aceleración de 0 a 100 mph en aproximadamente 6,7 segundos.
Muchos autos conceptuales de celda de combustible reflejan los conceptos automotrices avanzados y la profunda acumulación tecnológica de Mercedes-Benz, pero son más como "mostrar habilidades" en la práctica de vehículos de celda de combustible, Mercedes-Benz se ha quedado atrás de Japón. Empresas coreanas.
Figura 14?F105?FC
17. Mercedes-Benz GLCF-Cell 2018
Mercedes-Benz GLC?F-CELL utiliza tecnología de pila de combustible de hidrógeno , 4,4 kg El combustible de hidrógeno se almacena en dos recipientes de fibra de carbono, uno en el eje de transmisión y el otro debajo del asiento trasero. Se necesitarán unos tres minutos para llenar el tanque de almacenamiento de hidrógeno de la pila de combustible y la autonomía máxima de crucero alcanzará los 437 km. Además, el nuevo coche también está equipado con una batería de 13,8 kWh, con una autonomía eléctrica pura de 49 km.
Bajo el ataque de Toyota Mirai y Hyundai NEXO, este modelo es la última "fachada" de las empresas automovilísticas europeas en el ámbito de los turismos de pila de combustible. A pesar de la acumulación de diversas tecnologías, en la práctica, las empresas automovilísticas europeas establecidas sin duda van a la zaga de las empresas automovilísticas del este de Asia en términos de electricidad pura y pilas de combustible.
Figura 15 GLC FC
En 2020, Mercedes-Benz anunció la suspensión del proyecto GLC FC. Se necesitarán varios años para lanzar el vehículo de pila de combustible de BMW, y así será. Incluso es necesario utilizar la tecnología de Toyota. En este momento, sólo las empresas del este de Asia permanecen en el mercado de vehículos de pasajeros con pilas de combustible.
Europa ya ha pasado por una experiencia de lucha por ponerse al día en el campo de los vehículos puramente eléctricos. ¿Volverá el campo de los vehículos de pila de combustible a la senda de los vehículos puramente eléctricos que luchan por ponerse al día bajo la presión del mercado?
Este artículo proviene del autor de Autohome Chejiahao y no representa los puntos de vista ni las posiciones de Autohome.