現(xiàn)代摩比斯的阿爾耶普盧格測(cè)試基地的最高平均溫度為-7℃?；貎?nèi)有一汪冰湖，占地160萬(wàn)平方米，是多種汽車(chē)性能的測(cè)試場(chǎng)所。

- BySebastian Blanco

SAE《汽車(chē)工程》雜志記者也趕到這里，見(jiàn)證全新Nexo 燃料電池版、Kona電動(dòng)版及現(xiàn)代自主研發(fā)的HVAC關(guān)鍵系統(tǒng)的冬季測(cè)試。

瑞典阿爾耶普盧格市距北極圈約57公里。數(shù)十年來(lái)，這座邊遠(yuǎn)小城已成為了一個(gè)熱鬧的汽車(chē)工業(yè)中心。自從1973年的第一場(chǎng)冬季測(cè)試以來(lái)，這座城市已經(jīng)成為了數(shù)十家整車(chē)企業(yè)和供應(yīng)商的冬季駐地。這里的冬季平均最高溫度約為19°F（-7℃），最低為3°F（-16℃）。每逢冬季，這座小城就成了工程師的天下。

當(dāng)?shù)鼐用駥⒆≌鲎饨o涌進(jìn)的汽車(chē)大軍，自己搬到別人家，或是和鎮(zhèn)上的親朋好友一起住露營(yíng)車(chē)，這種臨時(shí)生活方式是汽車(chē)動(dòng)力綠色化進(jìn)程必然導(dǎo)致的一個(gè)副效應(yīng)。

在這些車(chē)企中，現(xiàn)代汽車(chē)（Hyundai）選擇寒冷地帶開(kāi)展測(cè)試的動(dòng)力尤為強(qiáng)烈?，F(xiàn)代希望在2025前成為全球環(huán)保車(chē)輛市場(chǎng)的龍頭企業(yè)，實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)的關(guān)鍵是發(fā)展純電動(dòng)車(chē)和燃料電池車(chē)。而鑒于這兩種車(chē)型在低溫下的獨(dú)特性能，保證HVAC（暖通空調(diào)）系統(tǒng)擁有卓越的低溫性能就成為了現(xiàn)代的首要任務(wù)。

阿爾耶普盧格市也就這樣成為了現(xiàn)代功能汽車(chē)研發(fā)部主管Gunther Frank的第二故鄉(xiāng)。今年年初，《汽車(chē)工程》雜志受邀前往Frank團(tuán)隊(duì)的冬季駐地，當(dāng)時(shí)他們正在籌備全新Nexo燃料電池版和Kona電動(dòng)版的量產(chǎn)。

阿爾耶普盧格的一個(gè)溫暖的木屋里，工程師們正在檢查當(dāng)天的數(shù)據(jù)。

FATC研發(fā)

現(xiàn)代HVAC系統(tǒng)的基礎(chǔ)研發(fā)主要是在韓國(guó)南陽(yáng)技術(shù)研究中心的氣候室內(nèi)完成。然后車(chē)輛被運(yùn)到瑞典，進(jìn)行場(chǎng)地測(cè)試和現(xiàn)場(chǎng)調(diào)校。Frank表示，低溫測(cè)試通常會(huì)持續(xù)一到兩周，接著進(jìn)行同樣時(shí)長(zhǎng)的高溫測(cè)試。而常溫測(cè)試的時(shí)間最長(zhǎng)，可能需要三到四周，因?yàn)镕ATC（全自動(dòng)溫度控制）系統(tǒng)很難實(shí)現(xiàn)常溫下的精確調(diào)整。

“不論是從制冷或制熱的角度來(lái)看，還是就FATC的控制而言，常溫情況都要復(fù)雜很多，”Frank表示，“當(dāng)我們?cè)谝粋€(gè)小時(shí)內(nèi)從海拔2500米（8202英尺）、氣溫很低的阿爾卑斯山區(qū)開(kāi)到22-23℃（72-73°F）的山谷，控制器需要感知到溫度的變化，并做出反應(yīng)。”

現(xiàn)代希望將FATC用于旗下所有車(chē)型，無(wú)論其采用何種動(dòng)力類(lèi)型。其基本構(gòu)想是，駕駛員設(shè)好溫度、按下“自動(dòng)調(diào)節(jié)”按鈕后，再也無(wú)需考慮開(kāi)暖氣還是冷氣的問(wèn)題。

“這當(dāng)然是最理想的情況，但是人和人之間的差別很大，”Frank說(shuō)道，“你今天的心情和另一天的心情相比，差別也會(huì)很大，我們無(wú)法創(chuàng)造出一個(gè)適用于所有情況的控制算法。這是一個(gè)很好的性能，但是你要確保用戶(hù)可以修改系統(tǒng)，因?yàn)樽罱K一切取決于用戶(hù)的要求?！?/p>

不過(guò)對(duì)于在阿爾耶普盧格的Frank團(tuán)隊(duì)而言，更重要的挑戰(zhàn)在于，如何在沒(méi)有傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)車(chē)輛所產(chǎn)生余熱的條件下，獲得穩(wěn)定的熱能?，F(xiàn)代的全新燃料電池車(chē)和純電動(dòng)車(chē)均使用了高壓電子壓縮機(jī)。和舊版壓縮機(jī)不同，電子壓縮機(jī)可以獨(dú)立運(yùn)轉(zhuǎn)，無(wú)需靠發(fā)動(dòng)機(jī)帶動(dòng)，在座艙溫度穩(wěn)定之后可以關(guān)閉，進(jìn)而降低能耗、提升效率。

由于高壓系統(tǒng)無(wú)需等暖機(jī)后再運(yùn)轉(zhuǎn)，因此，和內(nèi)燃機(jī)車(chē)型相比，它的制熱速度更快?！皬腍VAC的角度看，新型車(chē)的情況比過(guò)去好太多了，”Frank說(shuō)道，“如果沒(méi)有電子制熱設(shè)備，發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)后，座艙制熱要花很長(zhǎng)的時(shí)間。有了高壓系統(tǒng)，我們可以讓座艙馬上變暖?！?/p>

上圖為Nexo燃料電池電堆，下圖為Nexo的空氣處理系統(tǒng)。中間帶有棱紋的是加濕器/空冷器模塊。其右側(cè)中間紫色部分是離心氣泵。

Nexo 燃料電池版制熱系統(tǒng)

Nexo 是現(xiàn)代計(jì)劃于2018年推出的第二代燃料電池車(chē)型，和上一代途勝燃料電池版相比，Nexo電池堆棧的效率和性能都有了提升，而且所有零部件都經(jīng)過(guò)了重新研發(fā)。Nexo的燃料電池系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了60%的效率，途勝為55%。此外Nexo還擴(kuò)大了儲(chǔ)氫容量，目前配備三個(gè)儲(chǔ)氫罐，每罐容量為6.3千克（13.9磅）。這使得Nexo的續(xù)航里程在NEDC城市工況下達(dá)到了800公里（497英里），在美標(biāo)工況下超過(guò)了370英里（595公里）。

雖然這些數(shù)字都只是初步測(cè)試成果，但是Nexo高級(jí)工程師Sang Ho Yoon表示，Nexo的續(xù)航里程應(yīng)該比途勝燃料電池版高35%左右，后者的美標(biāo)測(cè)試結(jié)果為256英里（426公里）。

Nexo的驅(qū)動(dòng)和制熱都是靠同一種能源，因此研發(fā)出一個(gè)高效的HVAC系統(tǒng)成為了實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)續(xù)航的關(guān)鍵。電堆在冷卻時(shí)也會(huì)產(chǎn)生一些余熱供Nexo的HVAC系統(tǒng)使用，這一點(diǎn)和傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)車(chē)有些相似，但就整體過(guò)程而言，兩者的差別還是很大。好消息是這種差別并沒(méi)有影響Nexo的HVAC系統(tǒng)性能。

Frank在一個(gè)室外溫度只有-23℃（-9.4°F）的日子成功證明了Nexo的快速制熱性能，這讓他很高興。在短短三分鐘之后，一個(gè)與駕駛員胸部位置持平的溫度感應(yīng)器顯示車(chē)內(nèi)溫度已經(jīng)達(dá)到了15°C（59°F）。

“我們的內(nèi)部目標(biāo)是，當(dāng)環(huán)境溫度為-20℃（-4°F）時(shí)，座艙的平均溫度可以在開(kāi)車(chē)后20分鐘內(nèi)達(dá)到18℃（64°F），”Frank說(shuō)道，“相信我，對(duì)小型內(nèi)燃機(jī)車(chē)來(lái)說(shuō)，要達(dá)到這個(gè)目標(biāo)非常困難。而對(duì)我們的純電動(dòng)和燃料電池車(chē)型而言，這將輕而易舉?！?/p>

燃料電池版的電堆能量加熱使用循環(huán)：第一步，COD（陰極氧消耗）加熱器加熱電堆制冷劑；第二步，PTC加熱器提供主要熱能；第三步，隨著制冷劑溫度的升高，PTC加熱器功率下降，達(dá)到節(jié)能效果；第四步，當(dāng)制冷劑加熱器溫度足夠提供熱量后，關(guān)閉PTC加熱器。

Frank還說(shuō)道，車(chē)內(nèi)搭載的3.7 kW Air Side PTC（正溫度系數(shù)）熱敏電阻也是快速制熱的一大功臣。早在90年代，人們就開(kāi)始研究使用PTC熱敏電阻作為車(chē)載加熱器。有些汽油車(chē)也采用了PTC熱敏電阻，例如一些三缸歐系車(chē)搭載的1Kw PTC單元。而在替代能源車(chē)輛上，PTC才真正有了用武之地。

他解釋道，“要加熱燃料電池車(chē)的座艙，第一步是加熱電堆的冷卻系統(tǒng)。然后，PTC就會(huì)開(kāi)始為Nexo的座艙快速提供熱量。電堆溫度升高后，余熱產(chǎn)生，PTC的功率下降。在瑞士，我們發(fā)現(xiàn)PTC功率可以一直降到零。”

“當(dāng)車(chē)輛狀態(tài)穩(wěn)定后，制熱過(guò)程就和內(nèi)燃機(jī)車(chē)很相似了。制熱系統(tǒng)的運(yùn)行不需要額外的電能，”Frank說(shuō)道，“在穩(wěn)定狀態(tài)下，續(xù)航里程不會(huì)受到影響?！?/p>

現(xiàn)代為Nexo內(nèi)部研發(fā)了一款全新的膜電組件和3D多孔流場(chǎng)。Yonn表示，“3D多孔流場(chǎng)是為Nexo電堆制定的全新概念，它可以提升能量密度，改善電堆性能。”他還說(shuō)道，Nexo采用了全球最小的汽車(chē)供氫系統(tǒng)，因?yàn)镹exo摒棄了途勝燃料電池版的氫氣循環(huán)泵，僅靠噴嘴為電池堆的電化學(xué)反應(yīng)提供氫氣。

此外，Nexo的全新熱管理系統(tǒng)采用了一個(gè)雙向閥門(mén)和一個(gè)四向閥門(mén)，從而改善了電堆制冷劑溫度控制的響應(yīng)性。Yoon表示，這是首次在電動(dòng)汽車(chē)上使用四向閥門(mén)，它可以改善Nexo的冷啟動(dòng)性能。冷啟動(dòng)是燃料電池汽車(chē)的硬傷，但Nexo可以達(dá)到現(xiàn)代旗下所有內(nèi)燃機(jī)車(chē)必須通過(guò)的標(biāo)準(zhǔn)，即在-30℃（-22°F）下啟動(dòng)。

而且這不是唯一Nexo可以和內(nèi)燃機(jī)車(chē)相媲美的地方。據(jù)Yoon介紹，由于Nexo采用了一種全新的高度耐用膜、一種全新的電池堆鉑金催化劑以及一項(xiàng)全新的操控技術(shù)，因此其動(dòng)力總成的額定使用壽命和現(xiàn)代內(nèi)燃機(jī)車(chē)一樣，都是10年16萬(wàn)公里（10萬(wàn)英里）。

Nexo動(dòng)力總成的最大輸出功率為120kW、最大扭矩為395N·m。據(jù)稱(chēng)，這將使Nexo的最高時(shí)速在途勝燃料電池版的基礎(chǔ)上提升10%，加速性能提升25%。

Nexo熱能管理系統(tǒng)首次使用了使用四向閥門(mén)，它可以改善電堆制冷劑溫度控制的響應(yīng)性。

Kona電動(dòng)版的制熱系統(tǒng)

Kona電動(dòng)版分為兩款。第一款的電池容量為64 kWh，續(xù)航里程為470公里（292英里），（這里所有續(xù)航里程都只是基于WLTP“世界協(xié)調(diào)車(chē)輛排放試驗(yàn)規(guī)程”制定的目標(biāo)數(shù)據(jù)。）功率為204hp，百公里加速7.6秒。第二款的電池容量為39kWh，續(xù)航里程為300公里（186英里），電機(jī)功率為135 hp，百公里加速9.3秒。兩款的最大扭矩都是395N·m。如果使用100kW的快充器，第一款車(chē)可在不到一個(gè)小時(shí)內(nèi)充滿(mǎn)80%的電量，但如果使用7.2 kW Level 2充電器，充電時(shí)間將長(zhǎng)達(dá)近10小時(shí)。

電動(dòng)汽車(chē)面臨的一大難題就是根據(jù)座艙溫度調(diào)節(jié)電池溫度。Kona 電動(dòng)版采用了Ionia和起亞Soul電動(dòng)款的氣冷電池組，但加大了尺寸。Kona電池組的最高工作溫度為40℃（104℉）。為防止過(guò)熱，電動(dòng)版采用了一個(gè)主動(dòng)液冷系統(tǒng)和一個(gè)散熱器。如果還不能滿(mǎn)足要求，也可以使用座艙的空調(diào)系統(tǒng)來(lái)冷卻電池組。

和Nexo一樣，Kona 電動(dòng)版也采用了Air Side PTC熱敏電阻，功率為5kW，此外還有一個(gè)2.7kW的熱泵。之所以采用比Nexo更強(qiáng)勁的PTC，是因?yàn)镵ona電動(dòng)版沒(méi)有燃料電池堆的余熱可供座艙制熱。不過(guò)，Kona還是可以汲取電機(jī)等其它電子零部件的熱能。

Frank說(shuō)，“我們可以傳遞其它熱能來(lái)加熱座艙，這樣的話(huà)，整體加熱系統(tǒng)的效率都能得到提升?！?/p>

Kona熱泵系統(tǒng)的理想工作溫度為0℃（32℉）以上，使用空氣中的熱能來(lái)驅(qū)動(dòng)AC。Frank表示，當(dāng)環(huán)境溫度為0℃（32℉）、座艙溫度為23℃（73℉）時(shí)，“和關(guān)閉加熱器相比，PTC系統(tǒng)的熱能損失多了近40%，但由于熱泵系統(tǒng)可以產(chǎn)生超過(guò)20%的額外能量，因此整體能效會(huì)更高。”

為了讓新能源車(chē)型的用戶(hù)滿(mǎn)意，這些都是現(xiàn)代冬季測(cè)試工程師必須達(dá)成的目標(biāo)。如果PTC、FATC等HVAC組成部件能在阿爾耶普盧格運(yùn)作，那么其它地方就應(yīng)該不是問(wèn)題。要是不行，那就再回到這片嚴(yán)寒之中做更多的測(cè)試。

Kona純電動(dòng)和Nexo的冰湖趣味

一輛早期原型車(chē)的駕駛體驗(yàn)，往往只能幫助我們粗略猜想未來(lái)量產(chǎn)車(chē)的性能表現(xiàn)，但是在瑞典北部，開(kāi)著全新的現(xiàn)代Nexo氫燃料電池版和Kona電動(dòng)版在冰湖上疾馳，卻向我們證明了一點(diǎn)——環(huán)保車(chē)的調(diào)校方式不止一種。

幾乎可以肯定地說(shuō)，Nexo的價(jià)格會(huì)高出Kona，這似乎是理所當(dāng)然的。Nexo的懸掛更靈活，穩(wěn)定控制系統(tǒng)更強(qiáng)，即使在現(xiàn)代的冰湖賽道上，也極少會(huì)失去抓地力。節(jié)氣門(mén)和轉(zhuǎn)向響應(yīng)性雖然受到了極大的限制，但是系統(tǒng)可以進(jìn)行迅速且強(qiáng)力的干預(yù)，這對(duì)于量產(chǎn)車(chē)型的安全性能來(lái)說(shuō)是個(gè)良好的開(kāi)端。車(chē)輛沒(méi)有發(fā)生太多的過(guò)度轉(zhuǎn)向，而至于轉(zhuǎn)向不足的情況，在冰面上自然是會(huì)出現(xiàn)的。

相比之下，Kona電動(dòng)版離量產(chǎn)還有更長(zhǎng)的距離。在嚴(yán)寒極限下，車(chē)輛后部噪聲十分明顯。安全控制策略的調(diào)校也有所不同，車(chē)輛可以在冰面上適度漂移。因此，在廣闊的冰面賽道的安全范圍內(nèi)，駕駛電動(dòng)版更有意思，這也意味著兩種車(chē)型中，電動(dòng)版可能是更有樂(lè)趣的一款。

Kona電動(dòng)版的重心低，駕駛穩(wěn)定性好，這要感謝安裝在底板下的電池組。在濕滑路面，很難測(cè)試電動(dòng)版的最快加速度。但在冰面上，當(dāng)車(chē)速達(dá)到100km/h （62mph）時(shí)，車(chē)輛的扭矩表現(xiàn)仍十分出色，不過(guò)一旦碰到濕滑路段，就算將油門(mén)踩到底，加速效果也十分微弱。

這兩款零排放車(chē)型都采用了防滑輪胎，駕駛穩(wěn)定性很好。Kona采用的是大陸215-55 R 17 V XL WinterContact TS 850P 輪胎，Nexo則選用了韓泰Winter I-cept Evo2 245/45R19 102V M+S輪胎。