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燃料電池
重磅產品發布 “車用氫能專家”未勢能源強勢出擊
時間:2020-09-14   訪問量:2736  【打印此頁】  【關閉

9月13日,一場主題為“極致科技?可靠動力”的超級發布會在氫能行業三大主流平臺重磅直播。

這是長城控股未勢能源科技有限公司歷時5年打造的氫能與燃料電池領域核心關鍵零部件產品“聯合艦隊”出征儀式。

此次發布會上,未勢能源發布了包括可搭載乘用車的95kW燃料電池發動機、最大可拓展至150kW的平臺化燃料電池堆及70MPa高壓儲氫瓶閥及減壓閥等核心產品。這三大系列,前兩者關乎燃料電池動力的核心,后者關乎安全的核心。

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(未勢能源副總經理張天羽在發布會上闡述公司“十六字方針”戰略)

發布會上,未勢能源科技有限公司副總經理張天羽列舉了這一“聯合艦隊”背后的亮眼數字:

15.7億元研發投入——自2016年初長城集團將氫燃料電池開發列為集團重點項目,就瞄準氫燃料電池世界前沿關鍵技術領域,面向乘用車、商用車市場開展平臺化零部件設計, 截至目前已累計投入15.7億元自有資金進行產品開發;

1045項產品可靠性測試——長城集團投入5.7億元投入建成投運一座國內為數不多的氫能技術中心,擁有兩萬平米的實驗室,幾百臺測試設備和儀器。在嚴格遵循產品開發V流程的同時, 所有產品都歷經從材料級、模塊級、到零部件、系統級,再到整車級五大層級1045項嚴格測試,從設計研發的源頭上打造產品超強可靠性;

363項核心技術專利——未勢能源歷經前后5年的探索,共成功申請363項氫能與燃料電池領域核心關鍵技術專利,破解行業技術“卡脖子”難題的同時,進一步提升了產品可靠性,降低了產品成本。

這些亮眼數字的突破,標志著未勢能源以掌握核心技術,堅持自主正向研發的氫能“長征路”翻過了雪山和草地,開始抵近規模商業化的“圣地”,也預示著長城集團在氫能與燃料電池領域的戰略布局開始向縱深推進。

中國汽車工程學會秘書長張進華在發布會上表示,長城集團未勢能源能夠在現階段沉下心來,投入巨資發展氫能與燃料電池汽車業務,掌握核心關鍵技術,確實是長城長期以來體現出的專注和專業,希望未勢能成為行業民族品牌的一面旗幟,再接再厲,引領行業技術創新。

中國汽車技術研究中心副總經理吳志新也認為,目前國內氫能與燃料電池行業通處于初級階段,需要全行業上鞋及時發現行業共性問題,聚集官產學研的智慧和力量進行會診,才能更高效地突破產業發展中卡脖子問題?!拔磩莨就ㄟ^拋出問題解決方案,提出了自主品牌的智慧,為行業企業提供了優秀的案例”,吳志新表示。

 

此次發布會亮點聚焦:

聚焦1:未勢能源突破了哪些核心關鍵技術?

未勢能源在產品研發方面,我們在燃料電池發動機領域開發了可實時診斷電堆健康情況的智能控制系統、通過引射器的設計取代了昂貴的氫循環泵,在電堆、膜電極領域掌握了核心材料技術,特別是我們在儲氫領域不僅著眼于70MPaIV型瓶的研發,更在瓶閥、減壓閥這樣的關鍵零部件上做足功夫。以下舉幾個典型例子:

   95kW乘用車燃料電池發動機——

   作為燃料電池汽車的“心臟”,燃料電池發動機是眾多企業研發攻堅的靶心,而作為“血液”的氫氣是否能高效循環反應,是動力能否順暢輸出的關鍵,氫循環模塊就像是一個“起搏器”,是氫燃料電池發動機的關鍵技術之一。

由于氫氣循環泵研發成本高,且氫氣密封、水汽腐蝕和沖擊問題難以解決,國外也僅有不多幾家能夠提供解決方案,國內目前仍主要依賴進口,尤其是大功率級別氫氣循環泵資源相當稀缺,低成本、高可靠性、高效率的氫循環方案勢必要用引射器。

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95kW乘用車燃料電池發動機核心技術參數,圖片版權歸未勢能源所有


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95kW燃料電池發動機全功率引射器,圖片版權歸未勢能源所有

為此,未勢能源燃料電池系統開發團隊精準匹配正向開發出一套“比例電磁閥+單引射器”的氫循環模塊,可有效彌補引射器的上述缺點,提升引射器性能效率,改善燃料電池內部濕度分布,成功解決“卡脖子”難題,實現燃料電池發動機關鍵細分領域新產品技術攻關突破。

綜合測算結果表明,使用單引射器的氫循環模塊要比使用氫循環泵的氫循環模塊成本實現了100%的節省。

   150kW平臺化燃料電池堆——

   燃料電池堆運行壽命取決于電堆中電壓最低的單電池,類似于管理學中的“木桶理論”,一桶水能裝多滿取決于電堆這只“木桶“最短的那跟木板。因此,維持電堆中單電池電壓均勻性是提升燃料電池壽命的最有效手段之一。 

未勢能源深耕燃料電池電堆開發,實現了燃料電池電堆高功率和電堆單電池電壓均勻性的全面突破。經實際測試,未勢燃料電池電堆在1.2A/cm2電密條件下,電堆單電池標準偏差<2mV。

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這一體現單電池電壓一致性的核心指標背后,是未勢能源燃料電池堆開發團隊打造的提升燃料電池電堆壽命的五大“殺手锏”:雙極板設計、膜電極開發、電堆整體均勻性仿真、堆疊工藝過程控制、單體電池排水性能。

此外,未勢能源還從燃料電池系統層面開發了一套名為“NODS系統”的遠程在線診斷、升級系統,通過實時監測燃料電池的運行狀態,實現遠程故障診斷和云端升級,持續調整相應的控制策略,從而確保燃料電池堆始終運行在舒適的環境內,能夠再有效延長20%以上的燃料電池電堆壽命。

   70MPa高壓儲氫瓶閥和減壓閥——

當前,國內在氫氣閥門領域總體制造水準與知名品牌進口產品相比仍存在不小差距,尤其70MPa瓶閥和減壓閥,處于國外壟斷狀態,價格昂貴,供貨周期長,國內尚未出現成熟商品進入路試階段。


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(70MPa高壓瓶閥產品爆炸圖,圖片版權歸未勢能源所有

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(70MPa高壓減壓閥產品爆炸圖,圖片版權歸未勢能源所有

因此,為了提高燃料電池汽車氫氣使用安全,解決高效儲氫難題,保證儲氫系統

的高安全性、密封性和可靠性,未勢能源儲氫系統開發團隊通過極簡化的設計理念,開發出了70MPa高壓儲氫瓶閥和雙級減壓閥,完成了高壓儲氫閥門的高集成化、輕量化和低功耗主流設計,達成整套儲氫協調僅由加氫口-瓶閥-氫瓶-減壓閥組-燃電系統的工藝布局,從根源上減少泄露隱患。

在集成化方面,瓶閥零部件總數量為49個,相較于當前市場主流產品減少20%以上,減壓閥組上集成了單向閥,雙極過濾單元,高壓分流單元于一體,在保證閥體強度和可靠密封的條件下兩款閥門整體重量僅為500g,相當于當前市場主流產品的1/3。

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(70MPa儲氫瓶閥安全泄放裝置性能,圖片版權歸未勢能源所有

另外,在安全性和密封性方面,在最為關鍵的泄漏測試中,我們進行了常規的高低溫測試,并且低溫測試指標設定在-60℃的情況下,泄漏率遠遠小于國內外標準要求的10ncc/h的泄漏指標,在氫氣泄漏測試過程中泄漏率小于5ncc/h,閥門上任意一點的氫氣泄漏濃度小于50ppm。同時,為了保證在使用壽命中也達到同樣的安全性,未勢能源儲氫瓶閥在極限工況下的壽命測試中同時進行滲透測試和泄漏測試,試驗結果均達到預期目標,氫氣泄漏濃度小于50ppm.

 

聚焦2:1045項測試項目打造出的產品可靠性,到底成色幾何?

產品可靠性歷來是眾多行業企業所推出的產品的重要指標之一,對于氫燃料電池行業來說,不少頭部企業給自己貼上了諸如“行駛里程XXX萬公里”、“裝車量XXX套”等等標簽,更多的是利用產品市場應用端的業績數據,這也是通行之道。

未勢能源打造的產品可靠性定義則在于:通過嚴格V型開發流程,在產品研發設計端通過上千項多層次測試來源頭上打造可靠性。

例如在乘用車燃料電池系統發動機方面,由于受制于乘用車嚴苛的使用環境,從廣度上來講,未勢能源此次推出的95kW乘用車發動機,先后經過零部件測試、模塊測試、系統測試、動力總成測試以及整車測試,共5個層級數千項嚴苛測試,確保整體性能指標達到預期設計要求。

從深度上講,未勢能源燃料電池系統開發團隊深化了每個測試的深度,比如“振動沖擊“測試,除了確保測試之后的氣密性和機械完整性,會仔細校核數百個緊固件的殘余扭矩,確保系統整體性能安全。再比如在整車碰撞測試之前,燃料電池系統會經歷“滑車測試”,保證系統碰撞之后的安全性。


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(燃料電池發動機測試測試體系(理論值),圖片版權歸未勢能源所有

在燃料電池堆方面,長城集團建成投運的氫能技術中心里擁有國內最大規模的燃料電池及基礎理化材料檢測試驗室,擁有專業檢測設備100余套,部分設備為行業僅有,總投資1.4億元,測試范圍涵蓋100kW至150kW燃料電池,單電池、短堆、整堆的性能測試及可靠性測試。

僅燃料電池堆方面所歷經的200多項嚴苛測試就包括: 50項功能安全類測試、51項性能類測試、138項環境類測試、12項操作類測試等,確保產品的高可靠性、高安全性、高環境適應性。

在儲氫系統測試方面,為了保證高壓瓶閥產品的安全性、可靠性及基本性能,未勢能源儲氫系統研發團隊從產品研發的價值到產品質量的應用,尤其針對產品概念設定前的痛點研究,均進行了大量的科學數據分析和性能測試研究,包括液壓爆破試驗、液壓循環試驗、泄漏、滲透、氫氣循環、耐振性、耐腐蝕性測試等,可以說是從源頭著手、從各個精細環節著手,全力保障其產品質量在應用過程中的安全。


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(高壓儲氫系統五大主要測試體系,圖片版權歸未勢能源所有

專家指出,對于氫燃料電池汽車核心零部件領域,由于仍未大規模商業化,因此目前得到充分市場驗證的產品并不多,這就意味著拿終端應用業績來體現可靠性,對于新進入者,并不公平。產品可靠性如果能從設計研發的源頭上就充分保證,那么終端市場應用上的表現相信一定也不俗?!绊椂鄬蛹墱y試如果能嚴格堅持到底,最終交付到客戶手中的產品一定也是有說服力的”。

 

聚焦3:未勢能源為這些產品布局了哪些應用場景?

據介紹,此次未勢能源發布的三款燃料電池核心部件產品中,70Mpa儲氫瓶閥和減壓閥均目前均以達到量產狀態,70MpaⅣ儲氫瓶也將于2021年正式推出

95kw乘用車燃料電池系統發動機目前也已成功搭載長城汽車即將推出的首款燃料電池SUV,并于2021年實現量產。

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(未勢能源1000臺自主大功率電堆生產線,圖片版權歸未勢能源所有)

更值得一提的是,150kw大功率自主電堆設計年產能達1000套的電堆生產線已于今年7月投入使用,產品將于2021年正式投放市場。

在應用場景搭建上,長城集團將氫能業務的布局定位于架起“能源和交通”兩大領域“技術+模式”的橋梁,以清潔能源革命為契機,助推低碳零排放的氫能社會的早日到來。

現階段,未勢能源基于自身作為車用氫能專家的定位,采取“商乘并舉”兩條腿走路的戰略,一方面,長城汽車第一代氫燃料電池樣車將在2021年推出,續航約900公里;2023年會出第二代燃料電池乘用車,續航1100km。


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(整車級工況測試情況,圖片版權歸未勢能源所有)

另一方面,未勢能源旗下上燃動力定位為研發國產商用車燃料電池系統的重要戰略支撐點,聯合大運汽車推出燃料電池重卡車型,搭載自主研發的100kW商用燃料電池發動機---超越300E,使用壽命突破10000小時,整車一次性續航里程可達1100公里。在9月14日到16日舉行的FCVC大會上展出這一燃料電池重卡車型。

此外,對于城市群示范及中重型商用車產業化應用,長城控股未勢能源都進行了一系列探索和布局,包括聯合國內大型能源集團共同推動京津冀地區氫能一體化建設及商用車應用場景搭建。

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