长城汽车氢柠技术解析

文章来源：汽车动力总成发布时间：2021-04-13

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氢柠技术的核心为“1整套车规级研发体系+3大技术平台+5大性能优势”，三个技术平台包含氢电平台（HE）、电堆平台（HS）和储氢平台（HP），五处性能优势则体现在燃料电池系统、电堆、膜电极、空压机、氢气循环系统、储氢系统及对应关键部件上。

3月29日，长城汽车举办了氢能战略发布会，发布了其自主研发的车规级“氢动力系统”解决方案——氢柠技术，国内唯一氢能全产业链核心布局。同时宣布今年将推出首款搭载氢燃料电池的C级SUV（续航里程可达840km）并落地100辆49吨氢能重卡。氢柠技术的核心为“1整套车规级研发体系+3大技术平台+5大性能优势”，三个技术平台包含氢电平台（HE）、电堆平台（HS）和储氢平台（HP），五处性能优势则体现在燃料电池系统、电堆、膜电极、空压机、氢气循环系统、储氢系统及对应关键部件上。目前，长城汽车自主研发的氢燃料电池汽车发动机，其性能指标已经达到国内领先，并且拥有100%的知识产权和零部件国产化率。

氢燃料电池车的工作原理是：将氢气送到燃料电池的阳极板（负极），经过催化剂（铂）的作用，氢原子中的一个电子被分离出来，失去电子的氢离子（质子）穿过质子交换膜，到达燃料电池阴极板（正极），而电子是不能通过质子交换膜的，这个电子，只能经外部电路，到达燃料电池阴极板，从而在外电路中产生电流。电子到达阴极板后，与氧原子和氢离子重新结合为水。由于供应给阴极板的氧，可以从空气中获得，因此只要不断地给阳极板供应氢，给阴极板供应空气，并及时把水（蒸气）带走，就可以不断地提供电能。燃料电池发出的电，经逆变器、控制器等装置，给电动机供电，再经传动系统、驱动桥等带动车轮转动，就可使车辆在路上行驶。与传统汽车相比，燃料电池车能量转化效率高达60~80%，为内燃机的2～3倍。燃料电池的燃料是氢和氧，生成物是清洁的水，它本身工作不产生一氧化碳和二氧化碳，也没有硫和微粒排出。

那么今天我们就通过三大平台：氢电平台（HE）、电堆平台（HS）和储氢平台（HP）来解析长城汽车自主研发车规级“氢动力系统”解决方案——氢柠技术。

氢电平台（HE）具有可靠性、耐久性，安全性，环境适应性、大功率，高功率密度的特点。

该款燃料电池发动机搭载的核心部件“无油空压机”和“无泵循环”系统，均冲破自主品牌多项技术瓶颈

无油空压机的转速可达到12万转/分钟，效率达到71%，压比达到3以上的高速离心式无油空压机产品，整机效率和尺寸均达到国际先进水平；

“比例阀+变径引射器”无泵氢循环模块的质量小于50克，寿命大于1万小时，可保证电堆在15kW-150kW功率范围内正常工作，相比带有氢循环泵的供氢系统，成本下降90%以上。

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。

膜电极作为电堆最核心的零部件，其性能指标直接决定了电堆的性能参数，膜电极功率密度（氢柠1.2W/cm²、国际主流1.04W/cm²）是提升电堆功率密度的前提，铂使用量（氢柠Pt＜0.3mg/cm²、国际主流Pt＜0.4W/cm²）的降低则有助于控制电堆成本。

目前，长城汽车已经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的开发，功率密度达4.2kW/L以上，正在研发的第二代电堆功率密度可达7kW/L以上，额定功率超过200kW。

由于氢燃料电池电堆对于氢气和氧气流量的控制精度要求极高，氢燃料电池空压机符合汽车领域对燃料电池系统严格的要求：非常坚固和可靠，它无需燃油，结构紧凑，效率极高，节约成本，噪音污染小并且能够提供快速的动态响应。

储氢平台（HP）包括70MPa IV型储氢瓶、70MPa瓶口阀和减压阀，以及储氢系统的集成和控制。

储氢平台最主要的元件之一就是这个70MPa IV型储氢瓶，通过自主研发塑料内胆成型、塑料内胆与金属阀座连接等技术，长城汽车建立起了制造70MPa IV型储氢瓶的能力。

70Mpa高压瓶阀采用了高度集成的多功能阀体和内置电磁阀设计，比国外同类型产品零部件数量减少20%以上，可靠性高，功耗低，响应时间小于0.1秒，循环寿命超过15000次。

储氢瓶瓶阀在收到碰撞信号后迅速闭合，智能切断氢气供应，有效阻止氢气外泄。此外还针对储氢系统的关键零件进行了诸多安全设计，氢瓶不仅可满足耐火烧、密封性、泄漏率、跌落冲击等严苛法规试验要求，还额外针对氢泄漏的失效模式进行集成设计，保障即便在氢气泄漏的极端情况下，位置和泄漏量都在可控范围内，不会对整车造成安全风险。