欢迎订阅 丰田时报
输入您的邮箱进行订阅,提交成功即可生效。
*本人同意将此表格的信息提供给丰田汽车(中国)投资有限公司,并同意丰田汽车(中国)投资有限公司向本人发送相关商业性信息、相关咨询。丰田汽车(中国)投资有限公司保证按照 《丰田汽车(中国)投资有限公司 隐私政策》的规定及相关法律法规的规定,妥善使用消费者个人信息。
丰田时报

?

社长专栏 丰田访谈 赛事活动 专题报道
丰田时报
社长专栏 丰田访谈 赛事活动 专题报道
富士24小时耐力赛的准备知识 第3集 另一个值得关注地方“氢能补给”

目录

赛事中怎样加氢?
绿色氢能的驱动方式
氢能赛车在耐力比赛中续航里程成为胜败的关键
忙碌在耐久赛赛场上的加氢工作人员

富士24小时耐力赛的准备知识第3集,本集将为大家解密氢能赛车“氢能补给”的过程。

4月22日丰田章男社长驾驶氢能赛车驶向赛道,从当天他的讲话不难看出,进站补给(Pit Stop),也就是氢能赛车的加氢将是关系此次赛事成败的一个关键。

丰田社长 我之前听到大家担心燃油经济性的问题,24小时耐力赛中,相比汽车的耐久性,工程师们的连续工作状态其实更加至关重要。 由于(氢能赛车)需要更多的进站加氢,因此在24小时耐久赛中,应该采用哪种机制应对检修补给的工作? 除了通常的轮胎更换、加氢作业之外,我认为还包括各种零件更换作业。

在比赛中,进入维修站的赛车会停放在维修区辅道上,工程师团队的各个成员会将它团团围住,分工合作完成车手更替、轮胎更换、加油等一系列工作,然后赛车会再返赛道。

维修区辅道上,围绕GR Yaris紧张作业的工程师(摄影师:三桥仁志/ N-RAK摄影社)

补给维修的工作争分夺秒,为了尽可能缩短时间每个站点都安装了加油塔。但是,这里并没配置供氢能赛车使用的加氢设备。

对于不烧油的氢能赛车,要如何保障“加氢环节”?能够分秒必争地完成补给,让赛车迅速返回赛道吗?此次,一切都不得不从零开始。

之前的报道中我们已经介绍过,装载在本次赛车中的储氢罐是与装载在MIRAI的储氢罐完全相同的。MIRAI的氢能余量不足时,车主就需要行驶到某个加氢站去加氢。

目前,全国共建成了144个加氢站(截至2021年5月)。还有部分城市尚未配置加氢站,加氢站的基础设施还处于普及阶段。

加氢站大致分为两类:“固定式”和“移动式”。“固定式”是指将氢能存储在固定储氢罐的加氢站。“移动式”是指装载了大型储氢罐的储氢罐车,储氢罐车可以前往指定位置为氢能汽车充氢。

拍摄:三桥仁明/N-RAK PHOTO AGENCY

简单来说,“移动充氢站”将开进富士赛车场(静冈县)。

但是,在本次项目中负责氢能供给的GR项目推进部主管蟹江庸司和市川正明小组却说:“事情远没有这么简单”。

赛事中怎样充氢?

无论是在移动充氢站的储氢罐中,还是在卡罗拉运动版氢能赛车的储氢罐中,氢能都是以高压压缩方式存放,就像充满气的气球一样。

而充氢就是将氢能从“储氢罐车的储氢罐”输送到“车载储氢罐”的过程,为了保证作业的安全,必须遵守《高压气体安全法》等各种法律和法规。

例如,在24小时耐力赛中,会安排四辆装载了氢能的储氢罐车随时待命。不过由于总存储量超过限定值,必须事先获得静冈县的审批。

市川组长 经过与车队和赛场后勤人员的讨论,最终将ROOKIE Racing维修区设置在第一弯道的附近,这个位置便于赛车驶离维修区。 首先,一旦赛车驶入维修区,轮胎更换、车手更替等除了加氢以外的工作都要求在维修区辅道上完成。 之后就是启动引擎,赛车自行离开。在通常的赛事中,赛车会原路返回赛道,但是此次我们会要求赛车驶向赛道外的围场区。 我们在围场区傍边划分了一个很大的区域,这里设置了两台移动式加氢站(储氢罐车),就像两台并列的加油桩,只是里面灌满的不是汽油,而是氢能... 首先,赛车会停靠在第一个加氢桩,完成第一道加氢后再次启动引擎,驶向几米外的第二个加氢桩。在第二个加氢桩加满氢后,赛车再次启动引擎回到赛道。乍一看,这一套流程费时费力。但是这样的设计其实是最大限度地缩短了加氢时间。

摄影:三桥仁明/N-RAK PHOTO AGENCY

下面我们来看看为什么“分两次加氢更能缩短时间”。

如前所述,储氢罐就像是一个充满气的气球。在最初卡罗拉赛车是充满氢的状态,也就是说是装载着一个饱满鼓胀的气球在赛道上飞驰的。这种鼓胀的压力大约是大气压的700倍。氢能罐源源不断地向发动机输送氢能的同时,自身也像一个泄气的气球不断萎缩,氢能罐的压力也随之逐渐下降。

当氢能罐中的氢能用尽(气球没气时),赛车驶入维修站,再次加氢(让气球膨胀)并返回赛道。

(不过实际上,氢能罐的内部压力会上升,氢能罐本身不会膨胀。)

撮影:三桥仁明/N-RAK PHOTO AGENCY

接下来借用气球的变化说明这场赛事中的加氢过程。

行驶了一段时间后搭载了已经干瘪的“气球”的卡罗拉氢能赛车驶向了充满气的“气球”--加氢桩。一条长长的软管将两者连接,在两个“气球”之间氢能流动,氢能从加氢桩输送到罗拉氢能赛车的储氢罐中。

最开始高压氢能宛如开闸泄洪猛烈地流进赛车储氢罐,当两者内部压力相近(当加氢桩也达到同样的膨胀程度时),氢能输送速度也开始渐缓。因此,这个时候需要另一个充满气的“气球”。将赛车再次与这个新的“气球”连接,氢能输送速度再次迅速提升。而这第二个气球就是等候在一旁的第二台加氢桩。这就是同时准备两个加氢桩的原因。

在测试中,我们在一个加氢桩上花费的时间大约是5分钟。首先在第一个加氢桩上连续加氢3分钟。但是,这并不意味着3分钟后就立即拔出软管,让车前往第二个加氢桩。要等到氢能从软管中排尽,工作人员高声喊说:“降压开始!”,才会开始第二流程的作业。

因为猛得拔出软管,在内部压力的作用下它会像香槟瓶塞一样高速地弹开,这是非常危险的。

(实际上设备本身已经设置了避免这种拔出方式的机制)

等待加氢桩完全释放压力,再安全地拔出软管,这个降压过程也大约要花费1分钟。

现在为什么配置2台加氢桩的原因已经清楚,但是这个过程仍然不是最省时的。

撮影:三橋仁明/N-RAK PHOTO AGENCY

此次氢能赛车参赛是世界首创。四个月前,当丰田做出“参赛!”的决定时,大伙儿就马上开始一鼓作气热火朝天开始准备。首先,确保氢能汽车能真正在赛道上跑起来的基本配置已经到位。

现在我们是将平时设置在城市中的加氢站临时安装在赛道上。这些为参赛做出的准备工作也许就会诞生出引领未来的创新。

绿色氢能的驱动方式

氢能燃烧不排放二氧化碳。但是,在制造氢气过程中可能会排放二氧化碳。因此,氢能又被分为绿氢、蓝氢和灰氢三大类。

灰氢来自化石燃料的副产品,在制造过程中会排放二氧化碳。蓝氢是指会在灰氢制造过程中会回收排放的二氧化碳。而绿氢则是指利用可再生能源(太阳能或风力发电)电解水制造出来的氢气。因此在绿氢的制造过程中不会排放二氧化碳。

这次,为出征24小时耐力赛的氢能赛车提供动力的是福岛县浪江町生产的“绿氢”。充灌在两个移动式加氢站的储氢罐中的氢能都来自于这里。

撮影:三桥仁明/N-RAK PHOTO AGENCY

我们特意向负责人市川组长询问了关于绿氢的制造事宜。

市川组长 这次赛车采用从浪江町运输而来的绿氢,因此不论是在氢能的制造中,或者在赛车的行驶中,都不会排放二氧化碳。 这是对碳中和发起的真正挑战。 不过实际上在浪江町运输氢气的过程中排放了二氧化碳。我们计算了排放量,从总量上是实现碳中性的。 丰田社长所说,只有所有的“生产者、运输者和使用者”共同努力,我们才能真正迎来氢能时代。在这次的挑战中,我亲身体会了要完成这个目标绝非易事。

氢能赛车在耐力比赛中续航里程成为胜败的关键

赛事中,氢能赛车到底加氢一次可以跑多少圈将成为众人瞩目的焦点。为此团队进行了各种摸索和尝试。

设置在车手前面的显示仪表上可以看到储氢罐内部氢气压力指数。 如果该数值降低,则意味“氢能不足”。

H2 中控屏上显示出储氢罐压力的指数

负责首程的松井隆光车手坐上赛车被推入赛道时,他的回答是:“能跑多远?能跑多远就跑多远。”

不过最终,赛车没有机会在赛道上耗尽最后的氢能,因为车手收到了返回维修站的指令。在这次的试验中,发动机的表现已经让赛场中工程师预感到赛车也许能比最初计算的里程跑得更远。

摄影:三桥仁明/N-RAK PHOTO AGENCY

赛车上的工程师都是纯粹为赛事而生,比赛高于一切。在他们心中只有一个执念就是尽可能减少加氢次数,让赛车跑得更远。但是储氢罐工程师的焦虑也溢于言表,不断查看气压数据时,担心“真的可以跑得那么远吗?”。

赛车工程师们聚集在维修站,一边查看从车内装载的传感器发回来的数据,一边像讨价还价似的不断地交流讨论。

“真的可以跑15圈!?”

“不... 15圈可能有点困难...从13圈开始吧。”

在真正的赛场上,到底卡罗拉氢能赛车跑完多少圈返回维修站是最合适的呢? 这一点应该也是很多人拭目以待的。

摄影:三桥仁明/N-RAK PHOTO AGENCY

忙碌在耐久赛赛场上的加氢工作人员

如上所述,加氢环节耗时有些长,负责加氢的工作人员们也对这个时间并不满意, “我们会尽可能缩短时间,让卡罗拉跑得更远。” 蟹江主管说到。

摄影:三桥仁明/N-RAK PHOTO AGENCY

蟹江主管 首先,毋庸置疑安全第一。但是这是一场比赛,我希望即使是缩短一秒,也能让赛车尽快驶回赛道。赛车多跑1m,我们都可以获得更多的数据,也更加向氢能时代和碳中和迈近了一步。 为此,我们会努力缩短每个流程的准备时间。我们借鉴了丰田生产系统(TPS)的思维方式,尽可能提高作业效率。 比赛的过程也是我们不断摸索不断改善的过程,我们也许会重复无数次加氢的工作,但是我希望在24小时耐力赛结束时,加氢耗时已经优化到了最短时间。 这次,我们还与岩谷产业、太阳日酸、铃木商馆等多家氢能相关公司携手合作。不仅是我们,每个参与者都与车手并肩作战,为了让氢能赛车哪怕多跑1米而全身奋战在这24小时,请一定多多支持我们。

在这次赛场上,加氢区也属于维修站的范围、负责加氢的工作人员也属于维修站的成员,他们和工程师们一样穿着厚厚的防火工作服,他们同样是24小时的战场上挥洒汗水的战友。对于这一群忙碌奔波在24小时耐力赛场上的加氢工作人员,丰田时报会同样将镜头聚焦他们身上。

摄影:三桥仁明/N-RAK PHOTO AGENCY