機車從第一次被發明後至今已有百年歷史,現階段機車有各種動力驅動我們的生活,但科技不會駐足於當前,氫氣能源經十餘年技術研究,漸漸朝向全新動力提供方式邁進,而將氫能源做為機車動力提供的技術關鍵,正來自於台灣苗栗-亞太燃料電池有限公司,透過質子交換膜燃料電池(PEMFC)技術進步,加上專利低壓儲氫罐,成功讓氫燃料電池應用於代步電動機車,僅需交換低壓輕氣罐即可繼續行駛 50 公里以上,更重要的是副產品僅有 H2O 純水,力致環境保護貢獻。

亞太燃料電池公司創立於西元 2000 年,距今已經有 16 年歷史,主力於氫燃料電池技術以及氫能源所使用的低壓氫氣罐開發設計,透過這些年來不斷研究與開發這些設計,讓氫燃料電池以質子交換膜燃料電池(PEMFC)切入民間市場中,包含電動機車、電動代步車或者是高爾夫球車等,甚至利用燃料電池開發出氫氣發電機,並握有世界各國專利高達一百多項,2012 年更在國境之南墾丁舉行氫燃料電池機車大規模示範營運,向世人展現出氫燃料機車已經蓄勢待發姿態。

而說了這麼多氫機車,那麼氫燃料電池機車到底是什麼意思呢?簡單來說就是利用質子交換膜燃料電池(PEMFC)技術產生電力,將電力整流穩壓後,提供電動機車馬達進行動力輸出,而燃料電池在這個化學過程中,排放出來僅熱與純水,所以對於環境來說是非常友善的,至於質子交換膜燃料電池原理為何呢?可能要請網友參考下面這張圖:


(圖片來自 http://www.intelligent-energy.com/)
這張是由國外繪製的動態圖片, 質子交換膜燃料電池可分為三大部分,從這張動態圖中可以發現氫氣透過氣體擴散板 ( Gas Diffusion Layer ),進入陽極觸媒區域 ( Catalyst ) 氧化作用產生氫離子與釋出電子,氫離子進入圖中綠斜線區域質子交換膜 ( Proton Exchange Membrane ),與大氣中氧氣混合後產生電能,經過收集後成為推動電動機車的電力來源,而此現象產生的廢棄物僅有純水與熱。


所以在介紹車輛之前,我們就來看看這輛氫燃料電池機車的核心-水冷式質子交換膜燃料電池吧!照片左邊這組比較大組的質子交換膜燃料電池是亞太燃料電池公司生產的第一款實用性燃料電池,經過材料科技與製造技術的進步,現在比較常看到就是圖中右邊這款燃料電池,可以輸出約 48V DC,功率比起左邊這組還大,並且加上電極板電壓監測模組。


另一側可以看到許多端子連接口,如水冷系統會經過的水冷液進出口,以及產生反應需要大氣的大氣進出口,還有角落則是反應結果產生純水的排水口,所以不難了解燃料電池的核心硬體組裝並不複雜,但關鍵在於更小的體積能產生更高的功率,這就有待未來科技突破瓶頸。


在燃料電池的使用概念方面,從上面這張圖不難理解,以亞太燃料電池公司的想法而言,透過燃料電池與低壓儲氫技術,可以將這個產電模式運用在電動機車、電動拖板車、電動代步車與發電機,未來應該還會有更多應用範圍。


話說回來,我們今天要介紹的氫燃料電池機車到底長相如何呢?上圖這些就是氫燃料機車…欸等等別急著按上一頁啊!剛剛提到 2000 年亞太燃料電池公司就開始生產燃料電池產品,並運用於電動機車上,而這些機車正是歷史的演變,基於這間公司其實是以燃料電池為主,所以車輛設計不是強項的前提之下,車輛設計與造型自然就…與科技的內在不太搭呀…


不過吸收反饋意見並成長修改,才是進步的動力,亞太燃料電池聽到關於車輛設計的各種討論後,決定將之前設計砍掉重練,並聘請設計師重新設計車輛造型,推出這一張概念圖後,成功讓氫燃料機車變得更符合消費者之期望。


最後依照設計圖進行製造,並統合全新機電及擺放設計,APFCT 亞太燃料電池有限公司的量產前測試電動機車正式與世人見面,保有一般機車的操控及零件更換特性,但車體則更走向未來化,車體格局約 125c.c. 級距,但動力諸元方面鎖定在輕型代步機車,所以實際領牌時僅領取綠底白字的普通輕型機車車牌,而這輛車也就是我們今天即將要試駕之車款。

亞太燃料電池 氫燃料電池速可達性能規格表:

最大速度:大於時速 45 公里 ( 普通輕型機車規範 )
加速能力:0~100 公尺 @ 12 秒
爬坡能力:12° @ 20 km/hr
行駛距離:市區路況 50 公里以上 / 定速30 kph 可行駛 86 公里以上
燃料電池種類:質子交換膜燃料電池
額定電壓:24 V
額定功率:1800 W
運轉電壓:22~33 V
運作溫度:5-55℃
冷卻系統:水冷式
燃料:氫氣
氫氣需求純度:>99.99%
系統備用電力:鋰電池

本篇文章也將進行分章節介紹,有興趣者歡迎點選下列連結進行跳章。
一、外觀與功能
二、電機與懸吊
三、試駕
四、結論


一、外觀與功能



亞太燃料電池所生產的氫燃料機車的左右面,車體格局與大部分 125 級距 10吋前後輪車款相近,車體目前色調是象徵潔淨的白色,而側殼還有藍色燈組點綴,只要系統完成啟動準備,燈組就會亮起,增添幾分科技感,但因為中央腳踏區域需要容納部分機電系統,所以腳踏平臺置物空間比較受限。


車頭與車尾部分,車頭以黑色飾板與白色車體色調產生區隔,而黑色飾板邊緣還有藍色線條,增添科技感,魚眼大燈組安裝於車頭斜板,而非安裝於龍頭上;車尾部分則是 LED 尾燈與方向燈組,比起鹵素燈泡更省電。


車輛大小與騎士比例比較,圖中騎士身高為 173cm / 70kg,因為車體大小與普通 125 等級接近,腳部置放空間充足,前後座距離也很實用,不過可以看到騎士腳部中央有一凸起龍骨,中間為燃料電池系統相關元件,所以腳踏空間想要透過平台部分載貨,可能要注意物品大小。


不過雖說車體格局屬於 125 級距車款,但是車尾造型略顯厚重,所以從這個角度看起來就會與主流汽油速可達等不同,會有些不習慣。


氫燃料電池機車的正面,車頭有點類似 110/100 級距女性速可達設計,車頭以黑色造型搭配富有科技感的藍色線條勾勒,簡單又不複雜。


下方則是白色車體與黑色飾板,中間則有銀色 U 型造型分隔,上方則有 APFCT 亞太燃料電池 ( Asia Pacific Fuel Cell Technologies ) 簡稱銘牌,造型飾板下則是車頭燈組。


車頭燈使用魚眼燈具組,燈具內為 HS1 鹵素燈泡,外圈還有白色日行燈點綴,只要開起電門進入可行駛狀態,白色日行燈就會亮起,大燈則是另外透過把手上開關開啟。


方向燈則是使用一顆LED發光二極體…好我老實說,這個亮度跟本在日間看不到啊啊啊啊啊!但因為今天試駕的車款是試做車之一,所以方向燈目前僅是依照車體造型去選擇,未來也會盡可能偏向符合法規之產品。


接著來看看騎士視角,與目前國內速可達還蠻接近的,原廠有說明目前車款希望能夠降低製造成本,讓新科技能夠被人民接受,所以目前還沒有像其他廠商獨立設計車體零件,也因此車上很多零件都是目前市售改裝產品組合而成。


左邊把手有遠燈/近燈開關、方向燈開關與喇叭按鈕,與目前大多數車款差異不大。


儀錶板部分就屬於客製品部分,中央為時速錶,下方則有總里程、單趟里程1/2、行駛時間與最高時速記錄,左方溫度錶改為系統鋰電池電壓高低,右邊是氫氣罐剩餘容量,與電動車或汽油車不同,氫氣罐無法直接透過浮桶或者電壓高低來判斷容量,所以亞太燃料電池另外設計一組系統來讓使用者知道氫氣剩餘量,另外儀錶板燈號區域 APFCT 字樣上方還有 I/O 開關燈,此燈號會提示系統狀態。


右邊把手開關部分維持一般車款設計,上方開關目前無指定功能,中間是大燈開關,下方電啟動按鈕目前也無指定功能,所以只要開啟電門,並等待約五至十秒系統啟動完成,就可以直接騎乘。


前輪煞車系統為單碟煞設計,所以前煞車還有總泵,比起大多數普通輕型機車電動車款使用鼓煞來得有誠意。


前方置物空間與鎖頭部分,置物空間左邊可以放入一罐 600~800ml 寶特瓶飲料,中間則有掛勾組,另外下方還有長型置物空間,可以放例如擦車布等,至於智慧型手機?放下去絕對有跳車可能,所以請放在包包或者置物箱內專用空間吧!


鎖頭功能可包含電門啟閉與龍頭鎖,並有磁石鎖蓋,上方則有系統狀態指示燈,分別是 USB 輸出可使用、電壓輸出端子可使用、低氫量降速模式啟動、氫氣罐安裝不正確與系統故障/警告燈,旁邊開關目前是試做車系統重置 ( Reset ) 使用。


在龍頭左側下方空間,則有 USB 充電端子,可以提供智慧型手機等裝置充電,如果有安裝手機架做為導航或者安裝行車紀錄器等,就不需要另外再拉一組 USB 出來,直接接上即可使用。


腳踏空間部分,受限於中央有氫燃料電池的機電與散熱模組,腳部雖然可以平踩或者斜踩,但中央置物空間變得比較不實用,而且因為機電模組不單只有使用到平的區域,連前方斜的區域也有隆起,所以平台面積變得非常有限,高度也有限。


從另一角度看腳踏空間,就可以感到平台中央隆起幅度之高;腳踏旁邊側殼有設計一組 Powered by APFCT 貼紙,另外側柱也比較偏前方,方便騎士使用。


側殼前端黑色部分,還有設計一個 H 型凹槽,象徵氫的英文 Hydrogen 首字,中央則是 APFCT 亞太燃料科技的簡稱,後方則是燃料電池機電模組的散熱孔,因為氫燃料電池化學反應時會產生熱,所以散熱孔也會比一般車種還多。


坐墊部分,亞太燃料電池的氫燃料電池機車坐墊大小算是非汽油機車中偏大,而且布面使用防滑布料,底部泡棉舒適度也不錯,偏短中程通勤取向設計。


將車箱打開後,置物空間可以放入一頂 3/4 復古式安全帽,後方則有智慧型手機專用置物區,當然想要拿來放感應卡或者證件等都沒問題,後方兩罐就是氫燃料電池機車最重要的低壓氫氣罐體。


先來看看車箱安全帽置物空間前端,可以看到另一個 USB 輸出孔,這樣手機放在置物空間內就可以進行充電,規格同籠頭下方都是 DC 5V 1A,中間橡膠蓋蓋住部分就是氫燃料電池的電力輸出孔,透過輸出孔外接變壓器後,可以直接提供直流電力給任何使用 AC 110V 4000W 以下產品,非常驚人!


這組就是 DC to AC 變壓器,可以將車箱內剛剛端子直接轉成交流電,雖然圖中這組 4000W 變壓器組體積頗大,但其實亞太燃料電池有另外開發 1000W 變壓器產品,外出時攜帶可以暫時提供電力給須使用 AC110V 裝置。


另外雖然有安全帽置物空間,但若安全帽是屬於全罩帽體就無法置入,所以這台車上還有設計一般掛勾組,可以勾在安全帽的雙 D 扣或者其他孔上。


接著看到重頭戲部分,亞太燃料電池氫燃料電池機車的動力來源,低壓氫氣罐到底如何做到快速拆裝的呢?關鍵就在由 APFCT 親自設計的耐衝擊低壓氫氣罐,透過這組氫氣罐快速接頭與設計,可以做到下壓轉 90 度拆卸,新灌插入後90度轉動即完成安裝。


低壓氫氣罐在這輛車上設定為兩罐一組,但實際上僅插入一罐也可以行走,後端有專用拉柄,可以將氫氣罐從車內拿出,因為每罐重量為 4.5kg 左右,若沒有拉柄會很難拿出。


亞太燃料電池-低壓氫氣瓶移除,從影片中應該就能瞭解剛剛所說的轉 90 度安裝方法是如何操作,而小編當然也有試著一般使用者不遵照標示插入,看看是否會漏氣,結論是端子設計僅允許一個方向插入時才會輸出氣體,所以不用擔心手滑放掉瓶身撞擊底部後會變成迫擊砲啦


這邊則是容納低壓儲氫瓶的空間,可以看到底部對應氣瓶使用的快速端子,而容納空間各有一組銅片,這些銅片是用來將低壓儲氫瓶本身加溫,因為氫氣瓶中儲存的氫氣狀態在釋放使用時會放熱,而低溫對氫氣使用效率並不是件好事,所以才要透過銅片來加熱氫氣瓶,銅片的最高溫度上限為攝氏 50 度,但平常僅會在大約攝氏 40度左右,更換時不會燙傷手部的溫度為主。


剛剛提到低壓儲氫瓶到底是長怎樣呢?小編將兩支低壓儲氫瓶直接拿出來一探究竟,瓶身長得有點像是空氣軟槍氣動槍中的瓦斯罐,但材質非常堅硬沉重,且端子頭基本上也能耐衝擊,亞太燃料電池公司甚至說這個氫氣瓶可承受子彈射擊,不過口徑是多少還不確定。


每支低壓儲氫瓶重量為 4.5kg 左右,依照法規在瓶身上也有標示相關資料,而氫氣與汽油一樣都屬於易燃物品,所以千萬不可在更換時點菸等危險行為,而瓶身並不是單純將氫氣液化儲存,而是透過該廠專利瓶內儲氣格槽,將氫氣分槽儲放,穩定性與安全性比較高。


目前 APFCT 計劃氫燃料電池機車的低壓儲氫罐交換方式,打算用上超商等物流系統,中央儲氫廠將空氫灌裝入氫氣後,透過物流系統運送至超商或者加油站,騎乘氫燃料機車的消費者只需換氫瓶,就可以再立即上路,有點類似去加油站加油的道理,比起另蓋高壓加氫站的基本成本低上許多。


讓低壓儲氫瓶能快速更換的關鍵,就是這組快速接頭,基於接頭本身只是支撐,並不會觸碰到內部撞針,所以一般使用情況不慎落下時,氫氣也不會從接頭端噴出,一旁塑鋼環型則是讓低壓儲氫瓶能固定於車上的零件。


快速接頭的出氣撞針其實藏在瓶中,所以只要不是刻意拿長的棒型物體去壓,氫氣瓶其實很安全。


而低壓儲氫瓶要重新插回車上,只要按照上方貼紙說明方式,先將儲氫瓶把手垂直放入槽內。


接著再將瓶身壓住,向右旋轉…


低壓儲氫瓶就可以正常安裝於車內囉!


亞太燃料電池-低壓氫氣瓶插入,如果看圖片不懂,其實也可以參考這段影片,這是儲氫瓶插入車身的實際錄影,除非非常仔細或者在非常安靜的地方,不然插入時的氣流聲非常小,換句話說也就是插入時的氣體洩漏量也很小。


將車箱蓋起來,左右兩邊有提供牽車與後座抓握的扶手組,設計在這個位置比起在後方來得更符合人體工學。


側殼整體以白色造型設計,中間藍色區域為發光區域,系統啟動完成後就會亮起。


車尾部分,氫燃料電池機車的車尾造型與車頭差異蠻大的,車尾線條變得比較簡單。


不過還好車尾使用 LED 尾燈組加上 LED 方向燈,比起還在用鹵素燈泡的傳統電動車來得有質感。


二、電機與懸吊


APFCT 的氫燃料電池機車在外觀上走比較實際的科技感風格,車體電機系統與懸吊則是比較偏向傳統電動機車設計,但又整合燃料電池必須的機電設施,兩樣結合在一起的機車有什麼樣的內容呢?就讓小編帶大家瞭解一下吧!


一開始介紹氫燃料電池原理時,可以注意到系統在化學反應產生電能的過程中也會產生熱,所以為了確保化學反應效率與穩定度,氫燃料電池必須另外走散熱媒介,而 APFCT 對於散熱方面使用水冷是散熱系統,避免系統過熱而降低電力輸出效果。


中央龍骨設計下方因為時間關係沒拍攝到照片,但可以透過 按這裡觀看 APFCT 提供的影片 來瞭解大略設計。


說到動力傳輸機構,以往電動車款是透過鉛酸電池/鋰電池等儲存電力,將電力輸出至馬達帶動後輪前進,氫燃料電池機車則是將電力這個部分改由燃料電池直接產生電力來驅動馬達,所以少了電池需要充電的麻煩,且理論上也比鉛酸電池/鋰電池環保,因為燃料電池目前並不會有續電力下降的問題,這輛氫燃料電池機車搭載 DC48V 的無刷馬達,最高轉速為 6800rpm。


剛剛有的人可能注意到電機馬達前方有一個金色閥體,這個閥體就是排水閥,因為燃料電池化學反應會產生電,同時也會產生純水,所以需要將水排出,這個排水閥就是為此而設計,在開啟或關閉電門時會依照行車電腦偵測情況來判定是否強制排水,行駛中也會在一定情況下排水出去。


亞太燃料電池-氫燃料電池機車關電門排水程序,這個影片可以看到小編關閉電門後,排水閥就進行加壓排水,系統中的殘留水氣都一次噴出,雖然講是講純水,小編也想拿個杯子接起來喝,但 APFCT 的人員說管線並不是每天都在清潔…所以不建議真的拿來喝啦…


這輛氫燃料電池機車的動力輸出順序是從馬達直接帶動 CVT 無段變速系統,在驅動十吋後輪組,而變速系統終端傳動則是傳統齒輪箱,這套 CVT 另一特點就是無離合器,僅變速使用,所以就不會有動力二次流失問題。


後避震器為單槍側置避震,避震器本身為市售品另行安裝,具有多段預載可調。


後輪煞車系統為鼓式煞車,保養與調整較方便,不過手感自然不會比碟煞好。


三、試駕


騎上電動車是一回事,騎上氫燃料電池機車更是一種全新體驗,在騎乘過程中因為車輛是開發中車輛,其實車體幾何工學還是與市售車款有些差異存在,不過在加速度方面拜電機馬達與 CVT 變速所賜,已經比以往直驅式電動機車來得順暢,且電門開度調控得宜,適合短中程代步使用。


真要熱血操駕,就會發現這輛車的中柱設計非常糟糕,一方面是因為傾角有限,另一方面則是試駕車的中柱彈簧已經疲乏,所以過彎時經常磨到中柱,但若是當代步車款的話,修正中柱這個問題其實還蠻不錯的。


亞太燃料電池-氫燃料電池機車試駕,透過這個影片可以聽到氫燃料電池運作時特有進氣聲,因為氫燃料電池在產電過程需要大量的氧氣與氫氣反應,所以這部分有設計一組強制進氣系統,運作聲音說實在有點像一台小型的吸塵器在腳下,不過還是比傳統汽油機車的排氣聲音小一些。


亞太燃料電池-氫燃料電池機車旁觀聲音,雖然剛剛說感覺腳下有一台吸塵器在運轉,但其實從第三人稱觀看即可了解運作聲音其實還是非常小,錄影設備為 SONY SLT-A77V,抗風切開啟。


透過儀錶板本身的最高時速記錄功能,小編在平面路段騎到約 54.3km/h,對於綠底白字的電動機車車款來說還算水準內;還記得剛剛說過一罐低壓儲氫罐也可以讓這輛車運轉嗎?所以如果想要挑戰更高時速,抽掉一罐氫氣罐也許可以再提升個 1~3km/h 唷!


亞太燃料電池-單一氫氣瓶啟動,這個影片就是將一罐氫氣罐移除,僅留下一罐在艙內,這樣就可以讓系統成功啟動運轉,唯獨使用一罐氫氣罐也會將可行駛距離砍半,建議還是以兩罐同時安裝行駛為主。


前後懸吊性能與煞車性能以這個級距車款來說表現還算可以,懸吊系統不論前後都是偏硬朗設定,煞車系統拜前碟搭配之下會顯得穩定。


亞太燃料電池-氫氣瓶交換,在這個影片我們模擬進入超商或者加油站時,與工作人員交換手上的兩支低壓儲氫瓶,整體更換從停車至再度起步約需 40 秒,並不會耗時太久。


現階段試駕其實最主要不是體會氫燃料電池機車的性能,而是體驗到全新的動力產生方式真的可行,所以車款僅管現在看起來並不是很優良,不過若是這套系統能夠讓更多人加入研發或者合作,那未來總有一天燃料電池機車也是能與燃油機車力拼各方面,看看 Lighting LS-218 可是有 214mph 高速能力!在五年前可說是不可能的任務,所以小編相信以科技造車沒有做不到,只有時間未到。


四、結論


其實就這半天相處下來,APFCT 亞太燃料電池這輛電動機車不是帶給我們新的性能或者新的操控感,而是用全新且可行的動力提供方式讓車輛運轉,PEMFC 質子交換膜燃料電池這項技術也成為新時代各種動力載具的提供來源,例如德國 212 型潛艦就使用多個這種燃料電池達到無聲航行,在三月初 TOYOTA MIRAI 未來也來到台灣參加氫能城市論壇活動,也代表氫燃料電池車已經進入可實用階段,接下來就要看高壓加氫站與低壓儲氫罐是否能在寶島上推動,畢竟這種新世代能源能有更多使用方式。



像在 APFCT 辦公室內就可以看到這套系統,這個模組正是低壓氫燃料電池發電機,一次可以插入四罐低壓儲氫罐,最大功率可達 4kW,要推動右邊這台約 1200Watt 的電暖器一點都不成問題,至於許多人更關心的更換氫氣瓶要多少錢?又或者是車輛又需要多少錢?目前 APFCT 僅透露車輛會在約新台幣七萬五左右的範圍,但低壓氫氣瓶更換費用還在討論中,也許會因為交換點普及率與使用量會有所改變,不可否認台灣氫經濟時代 2016 正式開始,結果會是好還是壞,就留給消費者們來決定勝敗囉!