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跳出“舒适圈”,未势能源深耕车载储氢系统

时间:2023-07-27 来源: 浏览:

跳出“舒适圈”,未势能源深耕车载储氢系统

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全国氢能产业迅速发展,2023年上半年全国燃料电池汽车产销分别完成2495辆和2410辆,同比分别增长38.4%和73.5%。国内燃料电池环节发展尤为迅猛,在技术与成本上对国外领先企业已经开始形成赶超之势。

国内燃料电池汽车产业在技术发展上仍存在两大问题:车企不懂燃料电池、燃料电池企业不懂车的情况依旧存在;受困于标准与材料,储氢系统的技术发展和成本下降速度缓慢。其中后者成为燃料电池汽车成本进一步下降、应用进一步推广的关键因素。

未势能源是国内老牌车企长城控股集团发起成立的氢能高新技术企业。基于整车企业背景,未势能源对车用燃料电池技术的理解深度更深、维度更多:在先进的燃料电池之外,未势能源还重点发展了车载氢系统及其核心零部件,并形成了完整的燃料电池整车解决方案,突破了“燃料电池不懂车”和“车载氢系统发展慢”的难题。

基于全面的技术优势,未势能源在今年上半年的氢能应用市场跑出了新速度。源据氢云链数据库显示,1-6月未势能源车用燃料电池系统装机量超过10MW。

未势能源是车企自然延伸至燃料电池领域的典型案例之一,其发展历程有重要的参考意义。氢云链在上海FCVC召开之际与未势能源科技有限公司氢能技术开发部液氢总工程师兼液氢产品线总监进行了访谈,对车载氢系统的现状与发展进行了探讨。

一、 国内车载储氢系统发展情况

国内车载氢系统技术上对比国外仍有差距。随着氢能产业的发展,国内车载储氢系统也开始悄然生变,形成了储氢方式多元化发展、Ⅳ型瓶即将突破的趋势。

国内车载储氢系统与国外仍有差距。 与国外市场以70MPa Ⅳ型瓶为主不同,国内车用储氢瓶仍以35MPa Ⅲ型瓶为主。此外,由于国内此前几乎没有民用液氢市场,导致国内车载液氢供氢系统也处于相对落后位置,作为对比,国外已完成了多款液氢车辆的路试,今年丰田更是使用液氢卡罗拉完成了24小时耐力赛。

高压气氢为主,多元化路线竞争。 随着示范的深入,高压气氢体积密度较低的问题越发明显,液氢、液氨等是解决该问题的热点方向。目前国内部分具备技术和资源优势的企业已经开始布局液氢、液氨等车载储氢方式。

Ⅳ型瓶标准完善叠加碳纤维突破,储氢系统降本在即。 2023年5月23日,国家标准《车用压缩氢气塑料内胆碳纤维全缠绕气瓶》、《车用高压储氢气瓶组合阀门》正式发布,并将于明年6月1日开始实施,国内Ⅳ型瓶相关标准逐渐完善。同时,国内大丝束碳纤维实现了重大突破并量产,有利于大幅降低碳纤维成本。碳纤维占储氢瓶约70%成本,叠加Ⅳ型瓶对比Ⅲ型瓶能减少20%-30%的碳纤维用量,国内储氢系统成本有望实现大幅下降。

截至2023年6月,全国已有27个省级行政区发布了氢能规划,根据各省氢能规划,到2025年国内将推广燃料电池汽车10万辆,预计产生60万-80万支储氢瓶需求,车载储氢市场前景可观,具备技术和成本优势的企业更有望抢占市场先机。

二、 未势能源车载储氢系统的布局与成绩

基于对整车技术发展的理解,未势能源提前卡位,布局多个储氢关键技术环节并进行了产品验证。安全是氢能产业发展的必要条件,作为一家继承了长城控股集团严谨研发态度的企业,未势能源从开发测试再到资质认证,每一步从严执行。

黄欢明总工表示:“ 未势能源一直从事Ⅳ型氢瓶的开发,Ⅳ型氢瓶国家标准出来,未势能源会按照国家标准及规范的要求开展型式试验及资质认证工作,尽快把产品推向市场,在整车上替代Ⅲ型氢瓶。 ”未势能源严谨的态度也为企业带来了丰厚的成果。

(一)车载储氢系统的布局

1、液氢+气氢两条腿走路

气氢和液氢各有擅场,在车用领域也各有适配场景。黄欢明总工表示,未势能源在储氢系统领域的布局分为气氢和液氢两条技术路线,气氢技术路线主要应对中短途交通工具的需求,而液氢技术路线主要应对长途重载交通工具的需求。

  • 气态氢成果。在气态氢路线上已实现产品开发的平台化,黄欢明总工表示:“ 未势能源气态氢技术路线下分为35MPa和70MPa两个产品平台,其中35MPa产品平台面向中短途运输的重载车辆需求、70MPa产品平台主要面向乘用车。”未势能源的第二代乘用车型70MPa-57L Ⅳ型储氢瓶,质量储氢密度达到6.1wt%。平台化产品包括70MPa-23L、35MPa-210L等不同规格型号的产品序列。

未势能源Ⅳ型储氢瓶产品效果图

  • 液态氢成果。 液氢储氢系统的开发难度大,同时由于国内民用液氢基础薄弱,国内发布液氢储氢系统的企业少之又少。未势能源“木星”车载液氢储氢系统单瓶储氢质量达80kg以上,液氢系统质量储氢密度≥8wt%,续航里程超1000公里。黄欢明总工表示,未势能源液氢储氢系统已经形成面向车和船两个平台产品。

2、从零部件到系统,打通储氢技术链条

材料与零部件推高储氢系统成本。 车载储氢系统降本难题在于管阀件及碳纤维,尤其是70MPa减压阀门,进口产品动辄几万。

全链条战略推动70MPa阀门进入“千元时代”。 未势能源以无补贴思路进行产品开发,选择由零部件到系统的全链条开发战略,依靠技术创新和工艺进步实现产品的可靠性提升和成本下降,打通储氢技术链条,并实现商业化的运营。

黄欢明总工表示:“未势能源在产品开发上,遵循正向开发逻辑,从底层材料做起,在储氢产品序列里,Ⅳ型氢瓶的碳纤维缠绕、内胆成型等工艺都是自主知识产权研发,氢阀同样自行开发、自行产线下生产;在液氢技术路线里,未势自行开发系统流程、液氢气瓶和主要阀件,但同时有些通用的阀件、传感器等。”

作为这一战略的成果,未势能源成功将Ⅳ型瓶每一个零部件的成本打到千元级别。如未势能源岩竹系列-70MPa减压阀,通过创新“结构小型化、模块集成化、材料轻量化”设计,不仅在技术方面实现了高密封零氢泄、轻量化长寿命、车载系统适应高温、高压、腐蚀性等多种工况环境,技术指标媲美国外同行,更是实现降本40%以上,正式进入“千元时代”。

图 未势能源岩竹系列-70MPa减压阀

(二)车载储氢系统的实践

为了迎接即将到来的Ⅳ型瓶市场和更具前瞻的车载液氢市场,未势能源秉承先行先试的原则,为行业提供更多的运营经验。同时为实现进一步的降本,未势能源除了在产品研发上下功夫,在平台和工艺方面也做了大量的实践。

  • 开发商乘共平台,推动降本。 通用化生产是规模化发展的必备条件,目前燃料电池部分环节仍存在需要定制化服务的情况,使得成本难以进一步下行。当前国内氢能乘用车推广难度大,乘用车研发难以给企业带来经济效应。黄欢明总工表示:“未势能源采用了产品平台化和工艺平台化思路,两个平台从技术、工艺到生产共通化,商乘共平台、产品和技术实现共通化,更容易实现降本。”

  • 实现燃料电池系统与供氢系统的自产自用。 作为市面上少有的兼备燃料电池和车载储氢系统产品的企业,未势能源对于安全尤为重视,一方面对于产品进行大量、持续的测试,另一方面,在Ⅳ型瓶标准到来后,未势能源将完全实现从燃料电池系统到车载储氢系统的自产自用。

  • 完成了液氢全流程台测。 未势能源基于自身的各种技术及产品,已完成了从液氢储运到液氢重卡应用的全流程台测,测试效果在预期之内,无任何安全事故。

图 未势能源Ⅳ型瓶火烧试验

三、 企业发展展望

未势能源将从三个方面切入,解决氢储运成本高昂的问题,并使氢能汽车更加易用

(1)持续推进Ⅳ型氢瓶的研发。 未势能源开展大容积的Ⅳ型氢瓶研发,通过更新的更优化的碳纤维缠绕工艺、内胆成型工艺和创造性的密封结构等关键技术实现Ⅳ型氢瓶技术指标超越了国际先进水平,同时未势采用更低强度版本的碳纤维实现了成本的降低。

(2)开发大流率的加氢技术。 现在加氢站的加氢都遵循SAE J2601协议下,平均加氢流率1.8~2.0kg/min,而氢能重卡加氢量都在30kg以上,导致车辆的补给效率很低。为了提升车辆燃料补给效率和储运规模,未势能源开展了大流率加氢技术,将35MPa加氢站的平均加氢流率提升至10kg/min,使得每辆车燃料补给时间缩减至15min以内(包含进站出站及吹扫)。通过加氢站端加氢效率的提升,推动氢能储运规模的提升。

(3)聚焦车端液氢技术。 当前小规模、短距离示范场景下采用高压气氢最为合适,随着场景的扩展、车辆增加以及氢能储运规模由百kg级提升至吨级,液氢以其低成本、单次运力大的优势更适合于吨级的应用场景,通过低的储运成本对冲液氢制取的较高成本,从而能够实现液氢到站价30元/kg氢气以内,这样才能够实现整个产业链环节的,推动氢能技术的进步及产业的提升。

燃料电池汽车是氢能产业的先导,需要各方携手做大氢能“蛋糕”,尤其是国内相对空白的液氢等领域,需要国内企业携手创建产业生态,推进相关项目的示范。未势能源将从车端和站端同时发力,推进车用液氢应用的发展。

目前未势能源正在搭建液氢全产业链示范圈,实现液氢运营闭环,探索液氢商业模式。未势能源将与合作伙伴共建日产量1吨的氢液化工厂和一座液氢加氢站,通过液氢罐箱实现厂站间的液氢转运、液氢加氢站给氢车加氢。

黄欢明总工表示:“现在车载液氢系统作为一个新兴事物,很多供应配套都是缺失的,希望行业内单位积极合作共同来推动车载液氢供应配套的完善。”

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编辑:风氢扬  校对:氢氢我心  审核:氢云小仙女

源: 氢云链

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