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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,长城悄无声息地走过了5年,直至目前涵盖了完善的“研—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)、Ⅳ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。
氢柠技术是长城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)、Ⅳ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Pt<0.3mg/cm2(国际主流Pt<0.4mg/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Mirai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:丰田二代Mirai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续航里程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,续航里程将达到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。
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