本文為新能源情報分析網駐英國記者馬大哈原創撰寫，旨在通過對奔馳“黑金剛”電動客車搭載的輪邊驅動電機技術，集成三元鋰動力電池電池系統，比對中國與外國研發電動客車思路的差異和不同。
1、姍姍來遲的奔馳“黑金剛”：
在之前的系列稿件中，筆者對歐洲的公交電動化進行介紹，比亞迪、宇通等中國品牌在其中扮演重要角色。在時任倫敦市長、現任英國首相鮑里斯·約翰遜的積極推動下，倫敦成為歐洲電動客車最多的城市。
作為英國最大的巴士製造商，亞歷山大·丹尼士（ADL）通過與中國企業比亞迪形成合作夥伴關係，搶佔了市場先機，此舉亦是英國公交電動化得以迅速實施的重要條件。而歐洲其他國家主要採購的奔馳、斯堪尼亞、索拉瑞斯、VDL等巴士製造商，或仍沉浸在柴油巴士的美夢裡，或更傾向於搭載超級電容等小容量儲電設備的雙源無軌電車，電池型電動客車的技術發展並不樂觀。
無軌電車在歐洲接受度較高
在歐洲，無軌電車的成熟技術得到了普遍應用。相比電池型純電動客車，無軌電車整車重量小、線網輻射範圍內無里程焦慮、溫度敏感度不高（一定範圍內）。因此在無軌電車線網較為發達的地區，電池型電動客車推廣舉步維艱。但其也存在機動靈活性差、線網保養維護價格昂貴的問題，因此使用柴油巴士為主的地區，幾乎不會考慮無軌電車。為應對氣候變化，歐洲國家出臺電動客車激勵政策，電池型電動客車得以大面積推廣。
得益於對無軌電車技術的熟悉程度，索拉瑞斯、VDL等製造商對於電池型電動客車的研發難度更低。由於此前梅賽德斯-奔馳商用車推出的城市客車以燃油和燃氣為主，因此奔馳eCITARO經歷了漫長的研發與測試過程，在今年年初完成首次批量交付。
2、奔馳“黑金剛”電動客車“3電”技術解析：
得益於輪邊驅動電機（及輪邊驅動橋）的應用，奔馳eCitaro實現了全通道低地板的客艙佈局。因此該車“3電”系統主要分佈於車廂頂部和尾倉。
上圖為奔馳eCitaro車型頂部系統佈置特寫
黃色箭頭：可選裝式集電弓
紅色電池：動力電池
藍色箭頭：空調（含熱泵）系統
綠色箭頭：動力電池冷卻機組
基於以上信息，筆者將對三個關鍵問題進行解讀。
動力電機和驅動橋
梅賽德斯-奔馳 eCitaro系列車型，裝配1套來自採埃孚集團（ZF） 提供的AVE130型輪邊驅動橋。這款雙輪邊電機驅動橋在歐洲電動客車市場得到廣泛應用（部分國產品牌電動客車也有使用），搭載兩組最大輸出功率125千瓦三相異步感應驅動電動機。
相比國產品牌普遍使用的單電機直驅（驅動橋+驅動電機+單機減速器+傳動軸）的驅動形式，奔馳eCitaro所搭載的輪邊驅動橋在輕量化、傳動效率、機械結構集成度上具有顯著優勢。由於成本和研發難度等因素，國內鮮有客車廠商使用ZF輪邊電驅動橋，更少有自行研發相關輪邊驅動結構的客車廠商。
電控及其集成度
上圖為奔馳eCitaro電動客車後部動力艙電驅動各分系統技術細節特寫
黃色箭頭：電池模組設定水冷管路
紅色箭頭：空氣壓縮機
藍色箭頭：DC-DC控制模塊
白色箭頭：PDU高壓配電盒
黑色箭頭：電驅動系統和動力電池冷卻管路補液壺
奔馳eCitaro的後部動力艙高壓線纜纏繞較少、配置了動力電池液態熱管理系統，很大程度上降低了後艙發生火災的風險。同時，安裝在後置動力電池電池模組外部金屬保護框，也能在碰撞時起到一定程度的保護作用。然而，這款奔馳電動客車沒有采用行業領先水準的“多合1”類控制總成技術，導致後艙不夠清晰、整潔，也給後期維修難度帶來了一定程度的增加。
筆者在前文中提到，梅賽德斯奔馳早期對電動客車甚至電動汽車研發並不積極，導致其電動客車產品線更新較慢，eCitaro暫未有量產版本實現過更新迭代。作為奔馳電動客車的“處女作”，筆者認為該款車型的電控系統（硬件）雖不能與行業內2019年推出的電動客車產品擁有相當的集成度，但作為奔馳亮相的首款電動客車，這已經是超凡脫俗的表現。
充電方式與電池
奔馳eCitaro車型電池位於頂部和尾部，標配電池容量292kWh，最高可達330kWh。標準配置版本可實現150公里以上的典型公交工況續駛里程。那麼問題來了:
奔馳是如何實現在狹小的空間內搭載300kWh左右能量的電池的？
由於車內低地板結構，大部分座椅下方無法安裝電池，因此電池僅安裝在車頂和後艙的小部分空間內。在此情況下，電池的能量密度顯得至關重要。更高的能量密度，意味著根據2019年最新的中國新能源客車補貼標準，系統能量密度超過135Wh/kg，即可按正常標準的1.1倍申領補貼。這意味著，電池系統能量密度超過135Wh/kg的電動客車，屬於技術較為先進的產品。達到甚至高於135Wh/kg的能量密度，作為磷酸鐵鋰（LFP）電池來講，幾乎是目前電池技術的極限。國內電池龍頭企業比亞迪，到2020年其LFP電池產品才能實現180Wh/kg的能量密度。
奔馳eCitaro電動客車搭載的動力電池總成，來自德國公司Akasol。其提供給梅賽德斯奔馳的鎳鈷錳酸鋰(NCM)三元材料電池，系統能量密度高達221Wh/kg。出於對公眾安全負責任的考慮，梅賽德斯-奔馳電動客車標配了由Akasol公司提供的動力電池液態熱管理系統。該系統與廣泛應用於比亞迪全系新能源車、開沃電動客車的電池水冷系統原理大體相同，是由乙二醇和水的混合物作為水冷系統的主要導熱介質。大型的冷卻機組頂置於車輛後方，其佔用的空間與頂置電池組不相上下。可見梅賽德斯-奔馳電動客車對於公眾安全的重視。
3、電動客車研發中外思路差異：
長久以來，三元電池的安全性一直飽受爭議，追求超高能量密度的特斯拉、蔚來等品牌車型，因三元電池熱失控，曾在幾日內連續發生“三連燒”甚至“多連燒”的火災或爆炸事故。由於公共汽車屬於人員密集的交通工具，且在緊急情況下的疏散難度較高（動力電池熱失控事故通常在幾秒鐘內即可爆發）。國內的製造商對於純電動公交車的電池材料上達成了基本的共識：除了個別品牌使用鈦酸鋰電池用於快充，其餘所有慢充式電動客車，全部使用正極材料為磷酸鐵鋰的LFP電池。中國工信部對於新能源客車的補貼獎勵標準的相關能量密度要求，也是默認使用LFP電池。
放眼海外市場，無論是以奔馳、索拉瑞斯等為代表的歐洲品牌，還是以新福萊爾為代表的北美品牌，電池的材料都是以NCM等三元材料為主。得益於三元電池較高的能量密度，歐美的電動客車製造商實現了搭載250-600kWh甚至更高電量的情況下，乘客空間沒有受到較大影響，甚至優於柴油客車的空間佈局。
然而，也有海外主流客車製造商將自己劃入磷酸鐵鋰電池擁護者的陣營。這包括英國曆史最悠久，規模最大的客車製造商亞歷山大·丹尼士（ADL）、澳大利亞最大客車生產商傲群（Volgren）、市場遍佈亞太地區多個國家的馬來西亞製造商GML等等。這些優秀的客車製造商以CKD模式（底盤+車身組裝）與更有經驗的中國主流製造商合作生產電動客車，自然也是沿用中國製造上更為保守的研發思路。隨著近幾年客車使用的磷酸鐵鋰電池能量密度不斷提升、電池（包）製造商對電池包體積的優化，使用磷酸鐵鋰電池的電動客車也不像往日那般“臃腫”（被電池擠佔大量乘客空間），完全能夠滿足 以倫敦為代表的國際大都市公共交通的運營需求。
投放於英國的ADL-比亞迪電動客車，是使用磷酸鐵鋰電池的製造商中唯一搭載電池液態熱管理系統的品牌。即將在墨爾本投入使用的Volgen-比亞迪電動客車，同樣使用磷酸鐵鋰電池。
事實上，參考國內外電動乘用車發展初期，歐美品牌的產品思路也是相對激進的。最具代表性的特斯拉電動汽車，由於其追求理想化的能量密度參數，使用幾千至一萬多節松下18650三元電池串聯，並宣稱“可以承受最高600V電壓，在-70℃~150℃之間都可以正常工作”。事實上，國內外已經出現數十起電池過充導致電池熱失控的事故，冷卻系統無法高效工作帶來了火災、爆炸致人死亡的事故。 而早期揹著臃腫的磷酸鐵鋰電池包的比亞迪E6等車型，未經撞擊情況下的火災和爆炸事故數量為0。
與特斯拉不同的是，梅賽德斯-奔馳等歐美品牌電動客車，雖然採用三元材料電池，卻沒有出現火災、爆炸等嚴重事故。筆者認為，歐美品牌全部標配高效率的電池液態熱管理系統，是其能夠避免高能量密度電池由於過充、散熱不良等種種情況出現熱失控的主要原因之一。公共汽車作為人流密集的公共場所，如果出現火災、爆炸等事故，後果將是不可設想的。
然而，採用三元鋰電池的奔馳及歐美品牌電動客車，為了最基本的安全性能，配置更強效的熱管理系統。無形中，用於穩定動力電池溫度的液態熱管理系統，將耗費更多的裝載電量用於非驅動使用，對續航里程的影響也是明顯的。當然，安全和性能的平衡，可以通過技術進行彌補，這也是歐美電動客車售價居高不下的重要因素之一。
筆者有話說：
梅賽德斯-奔馳eCitaro作為奔馳首款量產的電動客車，搭載了異步感應輪邊驅動橋、帶有液態熱管理系統的NCM三元電池總成、簡潔的電控機艙佈局和通透的車廂低地板結構。作為歐洲電動客車的標準配置，眾多歐洲車企與梅賽德斯-奔馳一道，本著對客戶、乘客負責任的態度，不惜成本地關注電動客車的安全、效率和可靠性。略為激進地使用三元電池以提高整車效率對安全的影響，遠比不負責任地減配液冷來降低成本要小。因為，高效的液冷技術使得原本“活躍”的三元鋰電池溫度處於更舒適的區間，以保證安全。
無論是歐美車企主要使用的三元材料電池，還是國內主流廠商產品搭載的磷酸鐵鋰電池，正極主要成分都具有活躍的化學性質，尤其是不可控的熱穩定性。電動客車安全問題不容忽視，液冷本就是剛需，應在行業內達成共識。部分國內商用車廠商，為壓低價格而不標配電池液冷，是對客戶及乘客生命安全極其不負責任的體現。在搞花哨的外觀、豪華的內飾的同時，客車製造商也應擔負起保護中國每年上千億人次乘坐公共汽車的生命安全的責任。
文/新能源情報分析網駐英國記者馬大哈
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