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讀懂長城氫檸技術:潛心研發5年的高性價比方案厲害在哪?

易車原創?氫能源車壹度被視為真正的“新能源”,因為它的能源形態夠新、制作來源夠綠色,而且反應後只產生水。但壹直沒有被各國視為主流路線去發展,因此並沒有成氣候,配套補能設施等上下遊基建還不完善。

從短期功利性的角度看,去大力發展壹個頂層政策不明朗的新趨勢是不劃算的,但國內真的有“執拗”的廠商去做了,而且已經悶頭做了5年。3月29日,長城汽車正式發布了氫能戰略,確立了從2021年開始三步走的碳中和目標,而核心則是號稱擺脫了“卡脖子”狀態的高性價比車規級“氫動力系統”全場景應用解決方案——氫檸技術。

從2016年氫能項目正式立項到2021年發布氫能戰略,長城悄無聲息地走過了5年,直至目前涵蓋了完善的“研—制—儲—運—加—應用”壹體化供應鏈生態,實現了“電堆及組件、燃料電池發電及組件(控制器等)、Ⅳ型儲氫瓶、高壓儲氫閥門、氫安全、液氫工藝”六大核心技術和產品的知識產權完全自主化,聽上去前景相當光明,我們就來好好了解下這套車規級“氫動力系統”有何過人之處。

氫檸技術是長城檸檬平臺下最核心的技術之壹,它可以用1T3H5G來歸納:1整套車規級研發體系,3大技術模塊和5大性能優勢;而3大技術模塊即為氫電平臺(HE)、電堆平臺(HS)和儲氫平臺(HP)。

想要弄明白這3大技術模塊,我們得先了解下氫能源車,準確地說是氫燃料電池車。雖然說氫電平臺裏的核心部件叫發動機,但它並非像燃油車壹樣靠燃燒汽油(柴油)做工產生機械能,而是通過電化學反應直接產生驅動車輛的電能,因此準確地講應該叫燃料電池發電機。

簡單來說,氫氣通過儲氫罐來到電堆進行電化學反應產生電流,並將其傳遞到驅動電機直驅車輛或者鋰電池裏存儲電能,這是氫燃料電池車的基本工作原理,有點類似於增程式電動車靠發動機發電儲能或功能給電機的方式。

相對應地來看青檸平臺的三大技術模塊就壹目了然了,氫電平臺(HE)核心是氫燃料電池發動機;電堆平臺(HS)核心是氫燃料電池堆;儲氫平臺(HP)核心是儲氫罐。而且三者並不是並列關系,氫燃料電池發動機這個系統裏是包含氫燃料電池堆的,實質上就是儲氫罐到氫燃料電池發動機的過程。但由於電堆核心內容很重要,在概念上單拎出來稱作電堆平臺(HS)。

先從電堆平臺說起,它的核心是由多組用於產生電化學反應的膜電極和導電極板(石墨或金屬材質)堆疊而成;而這個主體還需要配合氫氧供給系統、排水系統、排熱系統、電性能控制系統和安全裝置等輔助工作,這壹整套就是氫電平臺的核心:氫燃料電池發動機。儲氫平臺的核心:儲氫罐,就好比燃油車的油箱,儲存氫氣和向電堆傳輸氫氣。

之前說過氫檸技術實現了“電堆及組件、燃料電池發電及組件(控制器等)、Ⅳ型儲氫瓶、高壓儲氫閥門、氫安全、液氫工藝”六大核心技術和產品的知識產權完全自主化,現在就分拆到三大技術平臺上看看到底優勢在哪。

首先電堆平臺最核心的零部件膜電極,這是決定氫燃料電池發電機功率的直接因素,它的功率密度達到1.2W/cm2(國際主流水準1.04W/cm2);鉑使用量Pt<0.3mg/cm2(國際主流Pt<0.4mg/cm2),保證了提高效率和降低成本雙重功效。

目前電堆平臺(HS)已開發完成第壹代單堆額定功率150kW,峰值功率160kW燃料電池金屬板電堆,功率密度達到4.2kW/L以上。作為參考,第壹代豐田Mirai的單堆額定功率為114KW,功率密度3.5kW/L;而第二代Mirai單堆額定功率為128kW,功率密度為5.4kW/L。

而氫電平臺(HE)第壹大特點是商用車乘用車兩條腿同步前行,目前支持100KW 商用車發動機 和95KW 乘用車發動機;第二大特點就是發動機技術上的諸多優勢:

車載動態監控電堆健康(提高可靠性)

多變量解耦閉環控制(提高環境適應性)

進氫噴射+氫循環引射集成模塊(降低成本)

智能控制(提高效率)

模塊化集成(增大功率密度)

從數據上看,整個發動機的系統效率相比國外還有壹定的差距,功率密度也處於領先水平。

儲氫平臺(HP)重點就有三部分:

1.儲氫瓶(10項專利):幹法纏繞工藝、塑料內膽成型及金屬閥座連接技術;

2.瓶口閥(12項專利):多功能閥體結構(零部件少20%)、超低溫密封材料(-60度);

3.減壓閥(18項專利):多功能集成(單向閥、過濾器、分配器等)減壓模塊及先進密封材料;?

其主要優勢在於高度集成化帶來的低成本和整體體積的減小,此外IV型儲氫瓶和70MPa高壓閥門等技術也實現了突破。

那麽現在氫檸平臺最終可展望到的落地產品在當下是什麽水準呢?以目前量產的氫燃料電池車為例:豐田二代Mirai采用128KW燃料電池,加滿氫氣用時5分鐘,WLTP續航裏程可達850公裏;現代Nexo采用95kW燃料電池,加滿氫氣用時5分鐘,WLTP續航裏程666公裏;而將於年內推出的基於氫檸技術打造的全球首款C級氫燃料電池SUV,搭載95KW燃料電池,加滿氫氣只需3分鐘,續航裏程將達到840km(工況未知)。

從數據上看,燃料電池功率、燃料電池發動機效率還未能實現全球領先水準,但考慮到這是5年時間做到的水平,未來依舊可期。回顧下氫檸技術的關鍵詞:高性價比、全場景,雖然目前不論是政策層面還是配套層面尚不完善,但這條純粹的新能源路線,或許是未來中國品牌氫燃料電池車發展的希望。

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