再造一个蜂巢能源,长城汽车氢能体系链正式发布

青丝染霜 2021-03-31 11:13:31

在笔者抵达保定哈弗技术中心参加长城汽车的氢能发布会时,看到马路对面的蜂巢能源技术中心,第一反应就是以上的疑问,只是现如今动力电池与氢燃料电池乃至更广义的氢能处于不同的时代。


作为人类社会最理想的终极能源,氢能对现有能源体系的颠覆困难重重,以至于不少人持有好高骛远的看法。而反过来看,如今不发力何时才能实现终极目标?本着这个理念,长城汽车开始发力了。现阶段涉猎氢燃料电池、氢能的国内企业不少,但如此大张旗鼓的对外公布发展氢能决心的,长城是第一家。


再造一个蜂巢能源,长城汽车氢能体系链正式发布


长城汽车赶在今年的十三届全国人大四次会议上,氢能被正式纳入了“十四五”规划的时间节点上发布氢能计划,看上去顺应国家战略的意义占主导地位,但在参加完发布会之后笔者发现,其本身已具备了一定的积累,这是一个卧薪尝胆的故事。


[·成立近5年的“秘密部门”·]


2016年6月,长城成立了XEV项目组,主攻FCEV核心技术研发。以“X”作为EV的前缀,代表着未知与不确定性,所以正如长城控股未势能源董事长张天羽分享的那样,起初的所有工作对外保密,就连内部绝大部分同仁都不知道他们是干什么的,这是一个当时在长城集团毫无存在感的部门。


听到此处,笔者的第一反应是长城汽车对氢能发展的信心不足,之所以保密是因为即便研发不成功也可以处理得悄无声息,但当看到长城后续的一系列“操作”才明白过来,这分明就是不鸣则已、一鸣惊人的套路呀。


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XEV项目立项的第二年(2017年)1月份,长城汽车就加入到了国际氢能燃料协会,10月份加入到了国际氢能委员会,成为了国内首家加入该委员会的车企。


2018年6月,建成并运行国内首座氢能技术中心;同年7月,长城全资控股上海燃料电池汽车动力系统有限公司。


重要的节点出现在了2018年8月,长城汽车开启了收购上燃动力的第一步,2019年完成了全资控股。上燃动力这家家主攻氢燃料电池车驱动系统的公司大有来头,这是前国家科学技术部部长万钢在2001年回国之后主导研发的技术班底。


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有了以上的铺垫,最终在2019年长城汽车未势能源科技有限公司成立,开启了独立市场化运营。加上同期立项的蜂巢能源以及此次发布会“浮出水面”的极电光能,三块业务后续将共同搭建长城汽车的绿色能源体系链。


[·走到台前的全产业链、全球研发团队·]


截止到目前,长城汽车氢能已建立了上海、保定、加拿大、日本、德国的四国五地研发团中心,其中国内两大研发基地由国内外研发人才组成的团队超过了430人。除了自研,长城汽车还与法国液化空气集团(Air Liquide)、林德集团(Linde)、戈尔公司(W. L. Gore & Associates)、BOSCH、清华大学、同济大学等全球顶尖机构院所进行合作。


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现有成果方面,长城汽车2018年投入使用的氢能中心,近万平方米实验室,具有240多台套高精尖设备,提供181项分析和检测,具有国内第一个70MPa氢循环和安全测试系统,IV型氢瓶试制线,自动化电堆和膜电极产线,大功率动力系统和整车测试等。


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集合全球资源的研发投入,涵盖了氢燃料电池核心技术、Ⅳ型储氢瓶、高压储氢阀门、液氢工艺等自主研发,加上与供应商之间的深度合作,长城氢能已经建立了研、制、储、运、加、应用的完整布局。从立项至今已投入了20亿元,接下来的3年是示范应用高速发展期,预计将跟进30亿元。


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[·基于绿氢工艺的液氢制备技术明年上马·]


追本溯源,氢燃料电池车需要“烧”氢气,其制备方式乃是“到底是不是真正清洁”的关键,对于2030碳达峰、2060碳中和的国家目标,石油天然气、煤炭制氢制造的灰氢毫无任何意义,工业副产品的蓝氢也只是过渡产物,用风电、水电、光伏发出的清洁电,基于清洁电能的电解水制造出的绿氢才是最终方案。


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首先,就是上文提到的极电光能,开发的新一代钙钛矿太阳能光伏技术,已经实现了破世界记录的20.01%的光电转换效率。配合电池储能系统,将虽然清洁但利用率极低的光伏电能,更好的转化为可储备的能源(氢)。


其次,用清洁的电能制造什么样的氢?当然了,含有杂质的肯定不行,高纯度的氢气是燃料电池车必备的基础。更为关键的是,气态的氢是车辆使用时的状态,但在加注到储氢罐之前不一定非要是氢气。


我们看到的海外几十平米的加氢站,就能满足最多400台车的能源供给,核心原因就在于液氢,从气态到液态体积比能量是质的提升,同时液体的流动还无需气态氢必须的高压,深冷工艺还保证了液态氢的稳定性与安全性,毕竟氢这个排在元素周期表首位的体积最小元素,可不是什么惰性气体。


这方面,从笔者与长城控股未势能源董事长张天羽的交流中了解到:深冷液态氢制备已有储备,第一批试点明年就会小批量试水。之所以是小批量,源于液态氢在我国是受管制能源,此前只对研究与航天领域开放,后续在有一定积累以及国家政策放开后,长城氢能将迎来大规模推广,这方面合作将涉及到与中石化、中石油、国能等能源方面“国家队”的合作。


[·氢柠:柠檬平台及未来高端品牌的另一核心·]


了解长城汽车近期动态的朋友,对柠檬平台一定不陌生,这个名字以DHT混动技术走入了大家的视野,而HEV和PHEV技术并非全部,还要包括氢能核心技术的氢柠平台。


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关于整个柠檬平台的产品划分,发布会后群访环节长城汽车董事长魏建军表示:20万元以下的新能源车型,欧拉品牌将是主力,中高端市场柠檬平台的混动技术将在一段时间内占主要地位,而未来的高端车型甚至是长城汽车接下来的高端品牌,将是柠檬与氢柠两步走的方案。


回到氢柠技术本身,不同于柠檬平台混动技术的主攻乘用车,其布局为商乘并举,即商用车与乘用车共同开发。乘用车采用更薄的金属双极板路线,商用车采用对膜电极体积没有那么高需求的石墨双极板。


今年,氢燃料电池乘用车将完成量产前的所有准备工作,依托于加拿大研发中心的研发成果,100台氢能重载货车将在国内落地。后续模块化的核心零部件组合,还能拓展到轨道交通、船舶、航空、氢能发电、大功率备用电源等应用领域。


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[·四部分核心技术+“5G”优势·]


具体技术方面,氢柠技术主要涉及四部分产品亮点:


第一,赶上了智能网联的时代,氢柠平台逐步优化研发之后,带来了提高发电效率和产品寿命的模型预测控制(AI)、深度学习(DL)和在线升级 (FOTA)技术,同时数据云特征提取和无模型识别算法,可实现对电堆多维度、实时的诊断监控,以确保运行的稳定性。


第二,在燃料电池系统适应能力方面,氢柠技术储备了高海拔,高温和高寒多环境的自控调节与系统解耦能力。值得一提的是,在氢燃料电池擅长、纯电动车先天不足的低温环境下,氢柠平台具备-30°C的电堆无损快速冷启动控制技术。


第三,在氢燃料电池最核心的电堆上,氢拧平台依托于海外材料供应商的支持,逐渐追赶上了全球氢燃料电池技术领先企业的步伐,具备了单堆80-250kW、功率密度>5kW/L的产品研发及制造能力。这其中,涉及到了高精密度的金属双极板以及长寿命的石墨双极板,还有达到全球领先水平的嵌入式流场设计和一体化密封技术(单节厚度<1mm、有效面积>60%)。最终呈现出高功率、高效率的电堆产品。


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另外,行业未来一段时间内主攻的离心式空压机(与发动机的涡轮增压同理、用于压缩空气中的氧气与氢气发生化学反应产电),氢柠平台的高升压比,大流量浮动轴承,转速已经达到了12000rpm(12万转/分钟)。且在笔者与长城控股未势科技总裁陈雪松的交流中了解到,氢柠的离心式空压机在稳定性与使用寿命上,已经突破了行业内普遍存在的技术瓶颈。


第四,替换燃油车油箱的储氢瓶,氢柠平台已从自研来到了自制的阶段。其70MPa的IV型车载储氢瓶采用了塑料内胆、外部碳纤维干法缠绕工艺,通过金属阀座连接。满足了高容量与高强度的需求。据悉,氢柠平台的首款乘用车(SUV)加满氢气的续航里程将接近700km。


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基于以上的技术积累,氢柠平台最终呈现出的产品优势,发布会用了“5G”来概括,而这5G即“五个高”。


高功率:系统核心部件(空压机、DCDC、水泵等)正在逐步突破200kW边界。


高效率:电堆运行工作点向高效区转变、系统附件效率提升,整体工作效率在60%以上。


高温度:膜电极的高温质子交换膜、高温耐受的增湿器等工作温度上限可达到100℃以上,便于交通领域各类产品的热管理集成。


高耐久:增湿器、空压机等配合更适合燃料电池应用的系统控制软件,确保电堆寿命理论可达25000小时。


高互联:除了上文提到的电堆借助云端技术的实时监控能力,氢柠平台还具备了物联网(IoT)和能联网(IoE),为分布式能源互联提供了基础。


[·写在最后·]


正如文中所言,在氢能在今年两会上被列为国家战略之后,长城汽车正式对外公布氢能布局与规划可谓大势所趋。从现有技术研发的成果来看,长城汽车氢能覆盖全产业链的储备均有着较高水平;而从笔者与长城控股未势科技总裁陈雪松的沟通中,也看到了一个非常现实的问题,氢拧平台的各项技术存在供应链依赖进口,国产化率低使得自主灵活性与成本控制均受到了制约,这方面长城汽车乃至国内所有氢能应用层面的企业都还有很长的路要走。


来源:搜狐汽车·E电园

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