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【原创】重磅产品“出鞘” 长城未势能源氢能“长征”翻越雪山
长城未势| 新产品超级发布会 文章来源自:高工氢电网
2020-09-22 14:25:14 阅读:2785
摘要长城以核心技术自主正向研发突破,推动氢能商业化的路途是一条“长征路”。如今,这条“长征路”已经四渡了赤水,翻越了茫茫雪山,但接下来依然要过草地,一步步抵近“革命”圣地。

导读:长城控股集团未势能源科技有限公司总裁陈雪松此前对高工氢电表示,长城以核心技术自主正向研发突破,推动氢能商业化的路途是一条“长征路”。如今,这条“长征路”已经四渡了赤水,翻越了茫茫雪山,但接下来依然要过草地,一步步抵近“革命”圣地。  

“未势能源,未势取意于未来趋势,意味着我们未来的使命是推动能源的革命。”长城集团未势能源科技有限公司副总经理张天羽在9月13日晚举行的“极致科技·可靠动力”未势能源新产品超级发布会上说,在可再生能源与汽车交通融合发展的前夜,未势能源以氢能为纽带,结合对整车技术的深刻理解和对产品可靠性的极致追求,加速可再生能源与新能源汽车协同发展的变革,助力全球未来低碳出行的实现。  

未势能源秉持的崇高发展愿景,来自于母公司长城集团在中国汽车行业的特殊地位。长城集团旗下的长城汽车是我国最主要的民族汽车品牌之一,也是唯一荣获习近平总书记和普京总统联合签名的车型品牌,肩负着民族汽车品牌企业核心技术突破的重要使命。长城未势能源定位突破全球高精尖技术进行了超前布局,目前已形成氢能检测、燃料电池和储氢系统三大技术与产品板块。  

在本次发布会上,未势能源展示了可搭载乘用车的95kW燃料电池发动机、最大可拓展至150kW的平台化燃料电池电堆、70MPa储氢瓶阀和减压阀产品。这些产品都严格遵循整车V流程开发,并在耗费5.7亿元打造的氢能测试中心历经上千项严苛测试验证,不断在设计上反复打磨,以确保在应用端实现高可靠性、高稳定性。  

中国汽车技术研究中心副总经理吴志新在此次发布会上指出,目前国内氢能与燃料电池行业处于初级阶段,需要全行业上下游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。  

中国汽车工程学会常务副理事长兼秘书长张进华在发布会上也表示,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精神,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。

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重磅新品技术亮点聚焦  

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本次发布会发布的第一款产品是95kW燃料电池发动机。  

“我们在开发过程中,遇到了一系列的‘难题’,其中之一就是怎么把一台120kW的燃料电池堆放进狭小的发动机前机舱,还要确保整车的主动被动安全,比如有效避开刹车助力泵,为此我们联动了德国慕尼黑研发中心多名国内外专家,设计了10多版方案,由于没有现成的零部件,倒逼着我们从零部件开发开始。”未势能源燃料电池发动机研发总监崔天宇说。  

首先优化氢循环模块,直接把电控氢气循环泵,变成被动式一体化全功率单引射器解决方案,体积缩小了60%以上;其次,通过创新设计的超薄三腔汇流板,在不牺牲流体指标的前提下,高效集成所有模块,厚度上降低了40%,最终成功避开了刹车助力泵;最后通过高压电气件直插设计、简化系统支撑框架等措施,最终达成了超过700W/L的体积功率密度。  

这是行业内首款将120kW单堆集成到乘用车前机舱的燃料电池发动机。  

值得一提的是,燃料电池堆也是有寿命的,就像人一样,不同的温度、湿度、空气质量,都会对燃料电池堆的健康产生影响。为此,未势能源开发了一套远程在线诊断、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,能够有效延长20%以上的燃料电池电堆寿命,这套系统名为“NODS系统”。  

由于受制于乘用车严苛的使用环境,从广度上来看,未势能源这款发动机产品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个层级超千项严苛测试,确保整体性能指标达到预期设计要求;从深度上来看,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;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。  

目前,此款发动机已搭载某整车厂首款燃料电池样车,预计2021年实现量产。  

一款性能优异、高度集成化的发动机必然离不开一台匹配性设计合理的高功率“电堆”产品。为了满足大功率的应用场景需求,未势能源开发了平台化的150kW级燃料电池堆,同步形成120kW、100kW、80kW等一系列产品,来满足市场不同客户的需求。

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(未势能源年产1000台燃料电池电堆生产线近景)  

在发布会上,未势能源燃料电池电堆研发中心项目总监龚正伟介绍,未势能源自主研发的新一代大功率150kW金属板水冷电堆,通过对双极板流场和电堆结构的创新,实现超薄单电池设计,最终堆芯体积功率密度达到4.2kW/L。  

目前,国内在产品封装自动化技术方面,与美、日、欧等国差距较大。国外领先车企均基于自身设计方案开发了自动、半自动装配检测装备,可实现商业化电堆的一致性封装,相比之下,国内多基于经验依靠手工或半自动工装完成,效率低下、一致性差。同时,检测方法和流程也尚未形成标准,测试资源有限,测试条件不完备,且测试成本投入过高,造成产品验证不充分,导致大功率电堆在性能和质量上难以保证。  

为此,未势能源开发了智能化、高精度燃料电池封装生产线,涵盖零件处理、自动检测、自动堆叠及下线功能,采用100%零件“处理+检测”技术,开发电堆“柔性化+平台化”的自动堆叠技术,集“六轴机器人+CCD视觉系统+扫码系统+伺服压装系统+气密检测系统”为一体,实现从零件到产品的全自动堆叠,自动化封装,提升装配精度,从前端零件和末端产品进行全方位质量管控,最大程度保证产品一致性、可靠性。  

同时,生产线配备MES系统,所有设备配备工位PC,并由上位机服务器统一管理,保证生产数据和物料参数实时完整的监控和存储,并易于后期的产品数据追溯。  

除此之外,未势能源投建了目前国内规模最大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100W至150kW燃料电池、单电池、短堆、整堆的性能测试及可靠性测试。  

同时,采用车规级的产品研发体系,经过材料级、组件级、部件级、电堆级、系统级到整车级,200多项严苛测试,其中包括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,确保产品的高可靠性、高安全性、高环境适应性。  

本次发布会发布的第三款产品是70MPa储氢瓶阀和减压阀。

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(70MPa高压储氢瓶阀产品爆炸图,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)  

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储氢瓶阀和减压阀,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。  

“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,我们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,从本质上减少泄露隐患。”未势能源储氢系统开发部王东雨说。  

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。  

在安全性和密封性方面,在最为关键的泄漏测试中,未势能源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,公司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。  

与此同时,为了保证高压储氢瓶阀产品的安全性、可靠性及基本性能,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。  

经过多次抽样测试,未势能源自主研发的两款阀门产品最小爆破压力大于214.72MPa,大于2.5倍的储氢瓶阀工作压力175MPa,其性能指标数据均达到预期设计要求,完全满足国标35544的测试要求。目前,两款阀门产品均进入量产前最后测试阶段,生产制造工作也已初步启动,并计划于2020年底前正式规模化投放市场。  

自主正向研发“秘籍”  

从长城集团将氢燃料电池开发列为集团重点项目,而后专门设立未势能源,至今已经有5年。长城未势能源能在几年时间里在氢能和燃料电池核心技术领域取得一系列重大突破,得益于16字总体方针:战略升维,战术降维,自主开发,国际一流。  

战略升维指从能源和交通两大支柱产业发展的大趋势,来决定花费巨资突破全球高精尖技术;战术降维指在解决具体问题的时候进行创新。为此,长城采取的模式是引进人才、建立体系、建立能力,立足自主迭代开发。目前长城未势能源布局了上海、保定、日本、德国四大研发中心,组建起文化多元、技术领先的近400人的研发团队。  

未势能源研发核心力量都是从主机厂成长起来的,深刻理解V流程开发,车规级关键零部件的严苛要求。其中很多来自丰田、宝马、现代等公司的技术带头人,对标国际水准自主研发电堆、控制器、引射器、阀门等关键零部件。  

公司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;在储氢领域不仅着眼于70MPaIV型瓶研发,更在瓶阀、减压阀这样的关键零部件上做足了功夫。  

数据往往最能说明问题。在本次发布会上,未势能源用“15.7亿元、20000平米、1045项测试、363项”这四个数字着重说明了公司在研发及测试上所作出的努力:  

第一个数字,15.7亿元研发投入。  

自长城集团将氢燃料电池开发列为集团重点项目,瞄准氢燃料电池世界前沿重大学科问题,面向乘用车、商用车市场开展平台化零部件设计,目前已累计投入15.7亿元自有资金进行产品开发,这些充足的资金保障,更加有效的保证了心无旁贷地解决产品核心技术问题。  

第二、三个数字,拥有20000平米测试中心,可实现1045项测试能力。  

2018年已经完成5.7亿元投入,在河北保定于投入运营了一座规模庞大的氢燃料电池测试中心,可覆盖从材料到零部件再到系统及整车的完整测试体系,在严格遵循产品开发V流程的同时,未势能源产品历经了一系列严苛的测试。在未势能源看来,一个产品唯有在开发阶段经过上千项测试验证,不断在设计上反复打磨,一步一个脚印的打造,才能确保在应用端实现高可靠性,高稳定性,才能最终经得起市场的检验,真正推动中国氢能事业行稳致远。  

第三个数字,掌握363项核心技术专利。  

“自主开发”是长城未势能源一贯的战略方针,截止目前,已经掌握了燃料电池发动机及核心组件、电堆、膜电极、Ⅳ型储氢瓶、高压阀门等自主化技术和产品,申请了363项氢能和氢燃料电池领域的专利,这些关键技术的突破,让其在破解“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,为全球用户带来更高性能、更加可靠的产品。  

众所周知,我国燃料电池汽车产业起步较早但发展总体偏慢,依然面临着关键核心技术缺乏、产品性能不足、加氢站配套建设滞后以及成本较高等瓶颈。燃料电池汽车产业链条虽初具规模,但在催化剂、碳纸、质子交换膜、膜电极等关键材料和空压机、氢循环泵、加湿器等关键辅助部件企业依然较少,产品开发多停留于实验室和样品阶段,产品性能和可靠性与国际先进水平存在较大差距,大部分关键材料和辅助部件仍然依赖进口。  

未势能源能够在这个时期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。  

“未势能源肩负着民族汽车品牌企业核心技术突破的重要使命,有责任也有义务助力解决行业发展过程中存在的共性问题,作抛砖引玉的见解,希望有更多行业企业与我们合作,共同加快推动新能源汽车革命,筑梦氢燃料电池汽车尽快实现商业化。”张天羽在发布会上如此表示。


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