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读懂长城氢柠技术:潜心研发5年的高性价比方案厉害在哪?

易车原创 氢能源车一度被视为真正的“新能源”,因为它的能源形态够新、制作来源够绿色,而且反应后只产生水。但一直没有被各国视为主流路线去发展,因此并没有成气候,配套补能设施等上下游基建还不完善。

从短期功利性的角度看,去大力发展一个顶层政策不明朗的新趋势是不划算的,但国内真的有“执拗”的厂商去做了,而且已经闷头做了5年。3月29日,长城汽车正式发布了氢能战略,确立了从2021年开始三步走的碳中和目标,而核心则是号称摆脱了“卡脖子”状态的高性价比车规级“氢动力系统”全场景应用解决方案——氢柠技术。

从2016年氢能项目正式立项到2021年发布氢能战略,悄无声息地走过了5年,直至目前涵盖了完善—制—储—运—加—应用”一体化供应链生态实现了“电堆及组件、燃料电池发电及组件(控制器等)型储氢瓶、高压储氢阀门、氢安全、液氢工艺六大核心技术和产品的知识产权完全自主化听上去前景相当光明,我们就来好好了解下这套车规级“氢动力系统”有何过人之处。

氢柠技术是柠檬平台下最核心的技术之一,它可以用1T3H5G来归纳:1整套车规级研发体系,3大技术模块和5大性能优势;而3大技术模块即为氢电平台(HE)、电堆平台(HS)和储氢平台(HP)。

想要弄明白这3大技术模块,我们得先了解下氢能源车,准确地说是氢燃料电池车。虽然说氢电平台里的核心部件叫发动机,但它并非像燃油车一样靠燃烧汽油(柴油)做工产生机械能,而是通过电化学反应直接产生驱动车辆的电能,因此准确地讲应该叫燃料电池发电机。

简单来说,氢气通过储氢罐来到电堆进行电化学反应产生电流,并将其传递到驱动电机直驱车辆或者锂电池里存储电能,这是氢燃料电池车的基本工作原理,有点类似于增程式电动车靠发动机发电储能或功能给电机的方式。

相对应地来看青柠平台的三大技术模块就一目了然了,氢电平台(HE)核心是氢燃料电池发动机;电堆平台(HS)核心是氢燃料电池堆;储氢平台(HP)核心是储氢罐。而且三者并不是并列关系,氢燃料电池发动机这个系统里是包含氢燃料电池堆的,实质上就是储氢罐到氢燃料电池发动机的过程。但由于电堆核心内容很重要,在概念上单拎出来称作电堆平台(HS)。

先从电堆平台说起,它的核心是由多组用于产生电化学反应的膜电极和导电极板(石墨或金属材质)堆叠而成;而这个主体还需要配合氢氧供给系统、排水系统、排热系统、电性能控制系统和安全装置等辅助工作,这一整套就是氢电平台的核心:氢燃料电池发动机。储氢平台的核心:储氢罐,就好比燃油车的油箱,储存氢气和向电堆传输氢气。

之前说过氢柠技术实现了“电堆及组件、燃料电池发电及组件(控制器等)型储氢瓶、高压储氢阀门、氢安全、液氢工艺六大核心技术和产品的知识产权完全自主化,现在就分拆到三大技术平台上看看到底优势在哪。

首先电堆平台最核心的零部件膜电极,这是决定氢燃料电池发电机功率的直接因素,它的功率密度达到1.2W/cm2(国际主流水准1.04W/cm2);铂使用量Pt0.3mg/cm2(国际主流Pt0.4mg/cm2),保证了提高效率和降低成本双重功效。

目前电堆平台(HS)已开发完成第一代单堆额定功率150kW,峰值功率160kW燃料电池金属板电堆,功率密度达到4.2kW/L以上。作为参考,第一代丰田Mirai的单堆额定功率为114KW,功率密度3.5kW/L;而第二代单堆额定功率为128kW,功率密度为5.4kW/L。

而氢电平台(HE)第一大特点是商用车乘用车两条腿同步前行,目前支持100KW 商用车发动机 和95KW 乘用车发动机;第二大特点就是发动机技术上的诸多优势:

车载动态监控电堆健康(提高可靠性)

多变量解耦闭环控制(提高环境适应性)

进氢喷射+氢循环引射集成模块(降低成本)

智能控制(提高效率)

模块化集成(增大功率密度)

从数据上看,整个发动机的系统效率相比国外还有一定的差距,功率密度也处于领先水平。

储氢平台(HP重点就有三部分:

1.储氢瓶(10项专利)干法缠绕工艺、塑料内胆成型及金属阀座连接技术;

2.瓶口阀(12项专利):多功能阀体结构(零部件少20%)、超低温密封材料(-60度);

3.减压阀(18项专利):多功能集成(单向阀、过滤器、分配器等)减压模块及先进密封材料; 

其主要优势在于高度集成化带来的低成本和整体体积的减小,此外IV型储氢瓶和70MPa高压阀门等技术也实现了突破。

那么现在氢柠平台最终可展望到的落地产品在当下是什么水准呢?以目前量产的氢燃料电池车为例:二代采用128KW燃料电池,加满氢气用时5分钟,WLTP续航里程可达850公里;现代Nexo采用95kW燃料电池,加满氢气用时5分钟,WLTP续航666公里;而将于年内推出的基于氢柠技术打造的全球首款C级氢燃料电池SUV,搭载95KW燃料电池,加满氢气只需3分钟,续航将达到840km(工况未知)。

从数据上看,燃料电池功率、燃料电池发动机效率还未能实现全球领先水准,但考虑到这是5年时间做到的水平,未来依旧可期。回顾下氢柠技术的关键词:高性价比、全场景,虽然目前不论是政策层面还是配套层面尚不完善,但这条纯粹的新能源路线,或许是未来中国品牌氢燃料电池车发展的希望。

标签: 性价比

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