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燃料电池
重磅产品发布 “车用氢能专家”未势能源强势出击
时间:2020-09-14   访问量:2727  【打印此页】  【关闭

9月13日,一场主题为“极致科技•可靠动力”的超级发布会在氢能行业三大主流平台重磅直播。

这是长城控股未势能源科技有限公司历时5年打造的氢能与燃料电池领域核心关键零部件产品“联合舰队”出征仪式。

此次发布会上,未势能源发布了包括可搭载乘用车的95kW燃料电池发动机、最大可拓展至150kW的平台化燃料电池堆及70MPa高压储氢瓶阀及减压阀等核心产品。这三大系列,前两者关乎燃料电池动力的核心,后者关乎安全的核心。

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(未势能源副总经理张天羽在发布会上阐述公司“十六字方针”战略)

发布会上,未势能源科技有限公司副总经理张天羽列举了这一“联合舰队”背后的亮眼数字:

15.7亿元研发投入——自2016年初长城集团将氢燃料电池开发列为集团重点项目,就瞄准氢燃料电池世界前沿关键技术领域,面向乘用车、商用车市场开展平台化零部件设计, 截至目前已累计投入15.7亿元自有资金进行产品开发;

1045项产品可靠性测试——长城集团投入5.7亿元投入建成投运一座国内为数不多的氢能技术中心,拥有两万平米的实验室,几百台测试设备和仪器。在严格遵循产品开发V流程的同时, 所有产品都历经从材料级、模块级、到零部件、系统级,再到整车级五大层级1045项严格测试,从设计研发的源头上打造产品超强可靠性;

363项核心技术专利——未势能源历经前后5年的探索,共成功申请363项氢能与燃料电池领域核心关键技术专利,破解行业技术“卡脖子”难题的同时,进一步提升了产品可靠性,降低了产品成本。

这些亮眼数字的突破,标志着未势能源以掌握核心技术,坚持自主正向研发的氢能“长征路”翻过了雪山和草地,开始抵近规模商业化的“圣地”,也预示着长城集团在氢能与燃料电池领域的战略布局开始向纵深推进。

中国汽车工程学会秘书长张进华在发布会上表示,长城集团未势能源能够在现阶段沉下心来,投入巨资发展氢能与燃料电池汽车业务,掌握核心关键技术,确实是长城长期以来体现出的专注和专业,希望未势能成为行业民族品牌的一面旗帜,再接再厉,引领行业技术创新。

中国汽车技术研究中心副总经理吴志新也认为,目前国内氢能与燃料电池行业通处于初级阶段,需要全行业上鞋及时发现行业共性问题,聚集官产学研的智慧和力量进行会诊,才能更高效地突破产业发展中卡脖子问题。“未势公司通过抛出问题解决方案,提出了自主品牌的智慧,为行业企业提供了优秀的案例”,吴志新表示。

 

此次发布会亮点聚焦:

聚焦1:未势能源突破了哪些核心关键技术?

未势能源在产品研发方面,我们在燃料电池发动机领域开发了可实时诊断电堆健康情况的智能控制系统、通过引射器的设计取代了昂贵的氢循环泵,在电堆、膜电极领域掌握了核心材料技术,特别是我们在储氢领域不仅着眼于70MPaIV型瓶的研发,更在瓶阀、减压阀这样的关键零部件上做足功夫。以下举几个典型例子:

   95kW乘用车燃料电池发动机——

   作为燃料电池汽车的“心脏”,燃料电池发动机是众多企业研发攻坚的靶心,而作为“血液”的氢气是否能高效循环反应,是动力能否顺畅输出的关键,氢循环模块就像是一个“起搏器”,是氢燃料电池发动机的关键技术之一。

由于氢气循环泵研发成本高,且氢气密封、水汽腐蚀和冲击问题难以解决,国外也仅有不多几家能够提供解决方案,国内目前仍主要依赖进口,尤其是大功率级别氢气循环泵资源相当稀缺,低成本、高可靠性、高效率的氢循环方案势必要用引射器。

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95kW乘用车燃料电池发动机核心技术参数,图片版权归未势能源所有


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95kW燃料电池发动机全功率引射器,图片版权归未势能源所有

为此,未势能源燃料电池系统开发团队精准匹配正向开发出一套“比例电磁阀+单引射器”的氢循环模块,可有效弥补引射器的上述缺点,提升引射器性能效率,改善燃料电池内部湿度分布,成功解决“卡脖子”难题,实现燃料电池发动机关键细分领域新产品技术攻关突破。

综合测算结果表明,使用单引射器的氢循环模块要比使用氢循环泵的氢循环模块成本实现了100%的节省。

   150kW平台化燃料电池堆——

   燃料电池堆运行寿命取决于电堆中电压最低的单电池,类似于管理学中的“木桶理论”,一桶水能装多满取决于电堆这只“木桶“最短的那跟木板。因此,维持电堆中单电池电压均匀性是提升燃料电池寿命的最有效手段之一。 

未势能源深耕燃料电池电堆开发,实现了燃料电池电堆高功率和电堆单电池电压均匀性的全面突破。经实际测试,未势燃料电池电堆在1.2A/cm2电密条件下,电堆单电池标准偏差<2mV。

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这一体现单电池电压一致性的核心指标背后,是未势能源燃料电池堆开发团队打造的提升燃料电池电堆寿命的五大“杀手锏”:双极板设计、膜电极开发、电堆整体均匀性仿真、堆叠工艺过程控制、单体电池排水性能。

此外,未势能源还从燃料电池系统层面开发了一套名为“NODS系统”的远程在线诊断、升级系统,通过实时监测燃料电池的运行状态,实现远程故障诊断和云端升级,持续调整相应的控制策略,从而确保燃料电池堆始终运行在舒适的环境内,能够再有效延长20%以上的燃料电池电堆寿命。

   70MPa高压储氢瓶阀和减压阀——

当前,国内在氢气阀门领域总体制造水准与知名品牌进口产品相比仍存在不小差距,尤其70MPa瓶阀和减压阀,处于国外垄断状态,价格昂贵,供货周期长,国内尚未出现成熟商品进入路试阶段。


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(70MPa高压瓶阀产品爆炸图,图片版权归未势能源所有

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(70MPa高压减压阀产品爆炸图,图片版权归未势能源所有

因此,为了提高燃料电池汽车氢气使用安全,解决高效储氢难题,保证储氢系统

的高安全性、密封性和可靠性,未势能源储氢系统开发团队通过极简化的设计理念,开发出了70MPa高压储氢瓶阀和双级减压阀,完成了高压储氢阀门的高集成化、轻量化和低功耗主流设计,达成整套储氢协调仅由加氢口-瓶阀-氢瓶-减压阀组-燃电系统的工艺布局,从根源上减少泄露隐患。

在集成化方面,瓶阀零部件总数量为49个,相较于当前市场主流产品减少20%以上,减压阀组上集成了单向阀,双极过滤单元,高压分流单元于一体,在保证阀体强度和可靠密封的条件下两款阀门整体重量仅为500g,相当于当前市场主流产品的1/3。

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(70MPa储氢瓶阀安全泄放装置性能,图片版权归未势能源所有

另外,在安全性和密封性方面,在最为关键的泄漏测试中,我们进行了常规的高低温测试,并且低温测试指标设定在-60℃的情况下,泄漏率远远小于国内外标准要求的10ncc/h的泄漏指标,在氢气泄漏测试过程中泄漏率小于5ncc/h,阀门上任意一点的氢气泄漏浓度小于50ppm。同时,为了保证在使用寿命中也达到同样的安全性,未势能源储氢瓶阀在极限工况下的寿命测试中同时进行渗透测试和泄漏测试,试验结果均达到预期目标,氢气泄漏浓度小于50ppm.

 

聚焦2:1045项测试项目打造出的产品可靠性,到底成色几何?

产品可靠性历来是众多行业企业所推出的产品的重要指标之一,对于氢燃料电池行业来说,不少头部企业给自己贴上了诸如“行驶里程XXX万公里”、“装车量XXX套”等等标签,更多的是利用产品市场应用端的业绩数据,这也是通行之道。

未势能源打造的产品可靠性定义则在于:通过严格V型开发流程,在产品研发设计端通过上千项多层次测试来源头上打造可靠性。

例如在乘用车燃料电池系统发动机方面,由于受制于乘用车严苛的使用环境,从广度上来讲,未势能源此次推出的95kW乘用车发动机,先后经过零部件测试、模块测试、系统测试、动力总成测试以及整车测试,共5个层级数千项严苛测试,确保整体性能指标达到预期设计要求。

从深度上讲,未势能源燃料电池系统开发团队深化了每个测试的深度,比如“振动冲击“测试,除了确保测试之后的气密性和机械完整性,会仔细校核数百个紧固件的残余扭矩,确保系统整体性能安全。再比如在整车碰撞测试之前,燃料电池系统会经历“滑车测试”,保证系统碰撞之后的安全性。


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(燃料电池发动机测试测试体系(理论值),图片版权归未势能源所有

在燃料电池堆方面,长城集团建成投运的氢能技术中心里拥有国内最大规模的燃料电池及基础理化材料检测试验室,拥有专业检测设备100余套,部分设备为行业仅有,总投资1.4亿元,测试范围涵盖100kW至150kW燃料电池,单电池、短堆、整堆的性能测试及可靠性测试。

仅燃料电池堆方面所历经的200多项严苛测试就包括: 50项功能安全类测试、51项性能类测试、138项环境类测试、12项操作类测试等,确保产品的高可靠性、高安全性、高环境适应性。

在储氢系统测试方面,为了保证高压瓶阀产品的安全性、可靠性及基本性能,未势能源储氢系统研发团队从产品研发的价值到产品质量的应用,尤其针对产品概念设定前的痛点研究,均进行了大量的科学数据分析和性能测试研究,包括液压爆破试验、液压循环试验、泄漏、渗透、氢气循环、耐振性、耐腐蚀性测试等,可以说是从源头着手、从各个精细环节着手,全力保障其产品质量在应用过程中的安全。


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(高压储氢系统五大主要测试体系,图片版权归未势能源所有

专家指出,对于氢燃料电池汽车核心零部件领域,由于仍未大规模商业化,因此目前得到充分市场验证的产品并不多,这就意味着拿终端应用业绩来体现可靠性,对于新进入者,并不公平。产品可靠性如果能从设计研发的源头上就充分保证,那么终端市场应用上的表现相信一定也不俗。“项多层级测试如果能严格坚持到底,最终交付到客户手中的产品一定也是有说服力的”。

 

聚焦3:未势能源为这些产品布局了哪些应用场景?

据介绍,此次未势能源发布的三款燃料电池核心部件产品中,70Mpa储氢瓶阀和减压阀均目前均以达到量产状态,70MpaⅣ储氢瓶也将于2021年正式推出

95kw乘用车燃料电池系统发动机目前也已成功搭载长城汽车即将推出的首款燃料电池SUV,并于2021年实现量产。

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(未势能源1000台自主大功率电堆生产线,图片版权归未势能源所有)

更值得一提的是,150kw大功率自主电堆设计年产能达1000套的电堆生产线已于今年7月投入使用,产品将于2021年正式投放市场。

在应用场景搭建上,长城集团将氢能业务的布局定位于架起“能源和交通”两大领域“技术+模式”的桥梁,以清洁能源革命为契机,助推低碳零排放的氢能社会的早日到来。

现阶段,未势能源基于自身作为车用氢能专家的定位,采取“商乘并举”两条腿走路的战略,一方面,长城汽车第一代氢燃料电池样车将在2021年推出,续航约900公里;2023年会出第二代燃料电池乘用车,续航1100km。


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(整车级工况测试情况,图片版权归未势能源所有)

另一方面,未势能源旗下上燃动力定位为研发国产商用车燃料电池系统的重要战略支撑点,联合大运汽车推出燃料电池重卡车型,搭载自主研发的100kW商用燃料电池发动机---超越300E,使用寿命突破10000小时,整车一次性续航里程可达1100公里。在9月14日到16日举行的FCVC大会上展出这一燃料电池重卡车型。

此外,对于城市群示范及中重型商用车产业化应用,长城控股未势能源都进行了一系列探索和布局,包括联合国内大型能源集团共同推动京津冀地区氢能一体化建设及商用车应用场景搭建。

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