億華通是一家集氫能與燃料電池研發(fā)與產(chǎn)業(yè)化的國家級高新技術(shù)企業(yè),2022年冬殘奧會(huì)期間,共投放1200輛氫燃料電池汽車服務(wù)賽事交通,其中724輛搭載億華通燃料電池系統(tǒng)。成為冬奧隱形冠軍的背后,是億華通持續(xù)十年的技術(shù)積累以及從無到有的突破創(chuàng)新。“下一步,我們將以先進(jìn)的氫燃料電池技術(shù)為切入點(diǎn),為中國實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰、碳中和目標(biāo)作出應(yīng)有的貢獻(xiàn),同時(shí)成為全球氫燃料電池技術(shù)的引領(lǐng)者。”對此,億華通董事長張國強(qiáng)信心滿滿。
一年多過去,億華通董事長張國強(qiáng)的承諾有了回應(yīng),越來越多擁有“減碳內(nèi)核”的氫能源汽車駛出賽場,在公交、物流、環(huán)衛(wèi)、牽引等領(lǐng)域一展身手。
(圖片源自視覺中國)
破解“國際難題”
2021年11月8日,距離北京冬奧會(huì)開幕不足百天。在張家口市崇禮區(qū),一場紛紛揚(yáng)揚(yáng)的大雪飄落,城市銀裝素裹。人們紛紛舉起手機(jī),將這片悠然意境收入鏡頭。億華通系統(tǒng)電控高級經(jīng)理趙興旺卻無暇欣賞這一美景,他帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)成員忙著將10余款樣車運(yùn)到崇禮的驗(yàn)證場——早在幾天前,他們就瞄準(zhǔn)了這場大雪,準(zhǔn)備趕在北京冬奧會(huì)開幕前,讓新研發(fā)的系統(tǒng)來一場實(shí)景演練。
這一天,距離公司啟動(dòng)冬奧項(xiàng)目研發(fā)已經(jīng)過去了將近兩年。
“冬奧會(huì)使用的車輛必須是零排放。當(dāng)時(shí)有兩個(gè)方案成為備選,一個(gè)是純電動(dòng)汽車,一個(gè)是氫燃料電池汽車。”該公司副總經(jīng)理李飛強(qiáng)說,冬奧賽區(qū)天氣寒冷,最冷時(shí)氣溫可低至零下30多攝氏度,這使得低溫環(huán)境下充電慢、續(xù)航里程短的純電動(dòng)汽車無奈出局。然而,對于勝出的氫燃料電池汽車來說,低溫下電池系統(tǒng)的快速啟動(dòng)是一個(gè)國際難題。
李飛強(qiáng)口中的“國際難題”,與氫燃料電池系統(tǒng)中一個(gè)名為“雙極板”的零件有關(guān),它是電池系統(tǒng)的“心臟”——電堆的組成部分之一。雙極板的不同材料讓氫燃料電池汽車的發(fā)展分成了兩個(gè)不同技術(shù)路線:石墨板技術(shù)路線和金屬板技術(shù)路線。兩個(gè)技術(shù)路線各有優(yōu)劣:金屬板耐腐蝕性不好,壽命相對短,沒法滿足冬奧會(huì)后延期服役的要求,但比熱容小,啟動(dòng)時(shí)不需要太多的熱量;而石墨板雖然耐腐蝕,但是比熱容大,低溫條件下的快速啟動(dòng)困擾著國內(nèi)外同行。“最早期的燃料電池甚至就不允許低溫啟動(dòng)后的運(yùn)行,因?yàn)檫\(yùn)行過程中,氫氣和氧氣反應(yīng)產(chǎn)生的水如果不能及時(shí)排出來,會(huì)在低溫下結(jié)冰,對設(shè)備造成損傷。”
放眼國際,行業(yè)內(nèi)的頭部企業(yè)對此也沒有完美的解決方案。五年前有國際同行就明確表示,其生產(chǎn)的產(chǎn)品只能在零攝氏度以上運(yùn)行,如果電堆內(nèi)部的溫度傳感器檢測到曾在零攝氏度以下被使用,該車輛就不能享受質(zhì)保服務(wù)。還有的國外公司采用從外部借力:通過外接電線為啟動(dòng)時(shí)的氫燃料電池汽車加熱。然而,多出來的操作步驟,也并不能讓啟動(dòng)所需要的時(shí)間短到盡如人意。
一定還有更好的解決方案!
趙興旺帶領(lǐng)的年輕團(tuán)隊(duì)開始了技術(shù)攻關(guān)。在深入剖析了系統(tǒng)運(yùn)行原理之后,團(tuán)隊(duì)決定讓系統(tǒng)自力更生。他們從控制技術(shù)入手,使低溫下剛開始反應(yīng)的氫氣和氧氣多產(chǎn)熱、少產(chǎn)電,待120秒內(nèi)完成加熱后再發(fā)電。核心邏輯是使相關(guān)的幾十個(gè)參數(shù)實(shí)現(xiàn)最佳配合。
優(yōu)化參數(shù)、設(shè)計(jì)方案、試驗(yàn)驗(yàn)證、推倒重來……趙興旺和團(tuán)隊(duì)似乎陷入了無限循環(huán)。過程枯燥,但隊(duì)員們也能苦中作樂。“第一次感受到噴氣結(jié)冰是什么滋味兒。”趙興旺笑著回憶,對低溫環(huán)境下的技術(shù)進(jìn)行驗(yàn)證,自然離不開低溫艙。發(fā)動(dòng)機(jī)在零下30攝氏度的低溫艙里冷凍一夜之后,技術(shù)人員在上班后開始進(jìn)行相關(guān)驗(yàn)證。雖然大部分的工作在低溫艙外就能完成,但是遇到更換硬件、排查故障時(shí),還是得有人進(jìn)到艙里。驗(yàn)證開始時(shí)正值8月,一有問題,身穿短袖的隊(duì)員就要第一時(shí)間套上厚厚的軍大衣,帽子、手套全副武裝,在炎炎夏日感受常人無法感受到的“清涼”。
3個(gè)多月過去,轉(zhuǎn)眼進(jìn)入到最后演練環(huán)節(jié)。2021年11月8日,到達(dá)崇禮的當(dāng)晚,趙興旺腦子中還在不斷盤算著各種技術(shù)細(xì)節(jié),雖然做了充足準(zhǔn)備,但是面對這未曾有人交卷的領(lǐng)域,他的內(nèi)心難免忐忑。9日凌晨不到5時(shí),正是一天當(dāng)中最冷的時(shí)段,趙興旺和團(tuán)隊(duì)摸黑兒趕到了試驗(yàn)場。在進(jìn)行排查時(shí),趙興旺發(fā)現(xiàn),冷凍一夜的汽車上,氫氣壓力傳感器的反饋信號(hào)出現(xiàn)了偏移,這意味著,用戶無法準(zhǔn)確掌握氫氣的用量。團(tuán)隊(duì)緊急行動(dòng),在雪中開展了3輪測試標(biāo)定,最終獲得了準(zhǔn)確的溫度影響曲線,為冬奧會(huì)期間氫燃料電池汽車的零故障表現(xiàn)奠定了基礎(chǔ)。
普通市民享受冬奧成果
每天凌晨4時(shí),延慶區(qū)京張路口北公交站,一輛輛淺綠色的919快線公交車從站臺(tái)緩緩駛出,行駛約80千米后,最終抵達(dá)終點(diǎn)站德勝門。
與其他線路的車型相比,919快線使用的公交車顯得更為高大,讓它與眾不同的還有車身上“FCEV”的標(biāo)記,顯示著其“燃料電池汽車”的身份——2022年7月22日,212輛曾經(jīng)服務(wù)過北京冬奧會(huì)的氫能源汽車經(jīng)“公交化”改造后重新上路,成為本市首批常態(tài)化運(yùn)營的氫能源公交車。
記者日前來到德勝門站,古老的灰色箭樓旁,往來穿梭的淺綠汽車倍顯活力。“在冬奧會(huì)服役時(shí),因?yàn)橐v出空間放置運(yùn)動(dòng)員的雪橇雪板,車上的座位沒有這么多。”一踏上919快線車,北京公交集團(tuán)客八分公司科技信息部副經(jīng)理汪大維就打開了話匣子,他指著車輛后排的座椅接著介紹,“將這些拆除的座椅復(fù)位后,整輛車可搭載乘客50人。”這些經(jīng)歷冬奧考驗(yàn)的車輛在保持其卓越性能的同時(shí),也從乘客出發(fā),在各個(gè)細(xì)節(jié)上進(jìn)行了升級改造:遮陽簾、刷卡機(jī)……最大的變化體現(xiàn)在駕駛室里:前窗一角一個(gè)圓圓的攝像頭捕捉著駕駛員的一舉一動(dòng),當(dāng)駕駛員出現(xiàn)異常行為時(shí),系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)報(bào)警提示并上傳到管理系統(tǒng),以便管理人員在后臺(tái)監(jiān)控。車輛正前方配備的道路預(yù)警裝置能對路況進(jìn)行實(shí)時(shí)研判,并為駕駛員提供駕駛指導(dǎo)。“這些電子設(shè)備都是第一次在公交車上啟用,未來我們將視運(yùn)行情況在更大范圍內(nèi)推廣。”
硬件升級的同時(shí),人員的培訓(xùn)也在第一時(shí)間跟上。汪大維說,所有919快線的駕駛員都接受了培訓(xùn),掌握氫能的有關(guān)知識(shí),進(jìn)行氫能源泄漏等緊急預(yù)案的演練。正式投入運(yùn)營前,所有駕駛員還進(jìn)行了空車演練,適應(yīng)操作流程和駕駛視野。
場站里,開了13年公交車的駕駛員李彥斌正細(xì)細(xì)檢查著車輛,為再次出發(fā)做準(zhǔn)備。冬奧會(huì)期間,他就曾開著這款車負(fù)責(zé)延慶賽區(qū)運(yùn)動(dòng)員和媒體記者的接駁。“對于我們老司機(jī)來說,這車上手并不難。”有機(jī)會(huì)把車從冬奧會(huì)開回自己熟悉的工作崗位,他的語氣中難掩激動(dòng),“沒有噪音,起步特別平穩(wěn),視野也好。”李彥斌第一次開著這車上路就感覺到了不一樣。“爬坡的時(shí)候感覺特別有勁兒。以前一進(jìn)山,開到40多邁,就感覺跑不動(dòng)了?,F(xiàn)在不管是平路山路,都感覺動(dòng)力源源不斷。”加氫的簡單操作更是減少了他的后顧之憂。“跟日常加油差不多。”李彥斌說,打開車身側(cè)面的小蓋子,插入加氫槍,15到20分鐘就能把車加滿。“我一天差不多跑兩個(gè)來回,一次加滿的氫氣一天用不完。”
下午4時(shí)左右,前往延慶的乘客正有序上車。“讓我們普通市民也能享受到冬奧成果,是一件特別有意義的事情。”乘客馬女士家住延慶,經(jīng)常乘坐919快線進(jìn)城辦事,她最大的感受是更舒服了。“之前坐在車上總是隱隱約約地能聽到噪音,想睡會(huì)兒都睡不踏實(shí);但是這車特安靜,往返途中能踏實(shí)補(bǔ)個(gè)覺。”也有乘客為車優(yōu)良的“減碳”表現(xiàn)點(diǎn)贊,“零排放,零污染,真正實(shí)現(xiàn)了綠色出行。”
汪大維說,客八分公司共接收了169輛氫能源客車,除了安排在919快線外,還有55輛車分配在延慶區(qū)域公交線路。據(jù)統(tǒng)計(jì),從投入運(yùn)營到今年1月,169輛氫燃料車共計(jì)行駛超過624萬千米,同比減少二氧化碳排放約542.4萬千克。
奔馳在路上,綠色大巴繼續(xù)守衛(wèi)著首都的藍(lán)天白云。
注入更多國產(chǎn)基因
2022年3月3日,大興區(qū)百利威物流園里一片熱鬧。嶄新的紅地毯兩側(cè),100臺(tái)福田智藍(lán)4.5噸氫燃料電池冷藏車氣宇軒昂,車頭系著大紅花,正蓄勢待發(fā)——它們是全國最大批量用于商業(yè)運(yùn)營的氫能冷鏈物流車輛,預(yù)示著冷鏈物流開始進(jìn)入氫能時(shí)代。相比柴油車,這批氫燃料電池冷藏車的投用每年可減少300萬千克的碳排放。
“物流業(yè)使用新能源車是首都發(fā)展的新要求。電動(dòng)冷藏車為了滿足夏天物流的保鮮要求,在低溫運(yùn)行時(shí)需要耗費(fèi)大量的電,使其運(yùn)行里程受到很大限制。”李飛強(qiáng)說,氫燃料電池車則免除了這一困擾,以北京投入使用的這批產(chǎn)品為例,加氫時(shí)間小于5分鐘,行駛里程可達(dá)約400千米,完全能夠保障車輛的出勤率和物流使用需求。
——這并不是億華通的唯一作品。北京冬奧會(huì)之后,億華通不斷拓展新的應(yīng)用場景,新一代產(chǎn)品不斷亮相,驚艷市場。
2022年8月26日,世界新能源汽車大會(huì)上,一臺(tái)氫燃料電池重型卡車格外引人注目。吸引人的除了它龐大的體型,還有它低碳的內(nèi)核——這款長續(xù)航、高功率的重卡,搭載了億華通研發(fā)的全球首款240千瓦氫燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī),成為億華通新一代產(chǎn)品的最佳代表。
與上一代的“冬奧產(chǎn)品”相比,新一代產(chǎn)品不僅繼承了低溫快速啟動(dòng)的優(yōu)良表現(xiàn),同時(shí)被寫入了更多的國產(chǎn)基因,并被賦予了更長久的使用壽命。“我們產(chǎn)品的國產(chǎn)化經(jīng)歷了‘由表及里’的過程。從整車的動(dòng)力系統(tǒng)到燃料電池系統(tǒng),再推進(jìn)到電堆以及電堆的核心零部件。”李飛強(qiáng)說,“冬奧產(chǎn)品”作為公司的第二代產(chǎn)品,已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了雙極板和膜電極以外的電堆組件的國產(chǎn)化;到了第三代,公司的目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)雙極板和膜電極的“中國造”。
這次挑大梁的是公司電堆技術(shù)高級經(jīng)理徐云飛。“系統(tǒng)的設(shè)計(jì)參數(shù)與材料選擇密切相關(guān)。因此,我們選擇了‘兩條腿’走路:提高電堆國產(chǎn)化比例與優(yōu)化電堆表現(xiàn)同步推進(jìn)。”徐云飛說,這意味著,他們要同時(shí)啃下兩塊“硬骨頭”。
精益求精,永無止境。“從膜電極和雙極板的設(shè)計(jì)入手,我們先后制定了很多輪的優(yōu)化方案。其中,雙極板大概迭代了40多輪,膜電極優(yōu)化了將近10輪。”黎明前的艱難摸索,徐云飛至今歷歷在目。實(shí)現(xiàn)核心部件的國產(chǎn)化,首先要找到合適的材料。為此,團(tuán)隊(duì)遍訪原材料的供應(yīng)商,一開始的測試結(jié)果卻讓他們心灰意冷。
沒有捷徑。團(tuán)隊(duì)把用在自己身上的狠勁兒和韌勁兒拿了出來,“逼”著供應(yīng)商從源頭一點(diǎn)點(diǎn)優(yōu)化,純度、平整度、均勻度……每個(gè)指標(biāo)都細(xì)細(xì)打磨。很多時(shí)候,供應(yīng)商都抱怨“已經(jīng)到了極限”,而團(tuán)隊(duì)的回應(yīng)永遠(yuǎn)是“還能不能更好一點(diǎn)兒”。
選材只是漫漫征程的第一步,擋在他們前面的最大難題是“水平衡”。徐云飛解釋,對于氫燃料電池的發(fā)動(dòng)機(jī)來說,水的存在很微妙:一方面,在電堆內(nèi)部,質(zhì)子交換膜需要一定量的水來維持質(zhì)子的傳導(dǎo);而另一方面,水量太多,會(huì)影響氫氣、氧氣的傳輸。業(yè)內(nèi)認(rèn)為,如何尋找到最佳平衡點(diǎn)是提高電堆壽命、優(yōu)化電堆表現(xiàn)的關(guān)鍵;而電堆的表現(xiàn)直接影響了發(fā)動(dòng)機(jī)的使用壽命,因而破解“水平衡”難題也成了國內(nèi)外爭相攀登的技術(shù)高峰。
最難的是要想出辦法將燃料電池里水的狀態(tài)表征出來。“時(shí)間緊、任務(wù)重,我們團(tuán)隊(duì)很多人直接住進(jìn)了公司。”徐云飛說,最初幾次的失敗讓團(tuán)隊(duì)一度動(dòng)搖,對能不能辦到產(chǎn)生懷疑。等到后來把失敗當(dāng)成了家常便飯,再面對“差些火候”的仿真模擬結(jié)果時(shí),大家心態(tài)平和了很多。“最多冷靜10分鐘,有的出去透透氣,溜達(dá)一圈,便又干勁兒滿滿。”徐云飛說,自己常被同事們的執(zhí)著勁兒感動(dòng),“團(tuán)隊(duì)20多人基本24小時(shí)待命,凌晨3時(shí)發(fā)出的郵件可能十幾分鐘后就收到了回復(fù)。”
一次次的失敗鋪就了通向成功的道路。通過文獻(xiàn)調(diào)研、試驗(yàn)驗(yàn)證,團(tuán)隊(duì)采用的交流阻抗、綜合熱管理等自主集成技術(shù)最終研發(fā)成功,實(shí)現(xiàn)了氫燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)氫、空、水、熱、電等內(nèi)部系統(tǒng)高效協(xié)同控制,使得電堆的使用壽命比之前提高了60%。
然而,這并不是技術(shù)創(chuàng)新的終點(diǎn)。瞄準(zhǔn)質(zhì)子交換膜國產(chǎn)化的最新一代產(chǎn)品已在醞釀測試中,“作為國內(nèi)氫燃料電池研發(fā)與產(chǎn)業(yè)化領(lǐng)軍企業(yè),讓世界看到中國產(chǎn)品的魅力,我們責(zé)無旁貸。”李飛強(qiáng)說。
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