億華通是一家集氫能與燃料電池研發(fā)與產(chǎn)業(yè)化的國家級高新技術(shù)企業(yè)，2022年冬殘奧會期間，共投放1200輛氫燃料電池汽車服務(wù)賽事交通，其中724輛搭載億華通燃料電池系統(tǒng)。成為冬奧隱形冠軍的背后，是億華通持續(xù)十年的技術(shù)積累以及從無到有的突破創(chuàng)新。

 

　　北京2022年冬奧會、冬殘奧會期間，一輛輛氫燃料電池大巴平穩(wěn)地穿梭在冬奧村和各場館間，成為賽場之外的一道靚麗風(fēng)景。行走在高海拔的冰天雪地間，這些接駁能手率先在國際上完成了燃料電池客車在寒區(qū)的商業(yè)化示范，也交上了奧運史上最優(yōu)異的減碳“成績單”——賽事期間，北京、延慶、張家口三大賽區(qū)累計投放氫燃料電池接駁車輛1200臺，累計運行里程375余萬千米，累計減碳超過270萬千克。

 

　　一年多過去，越來越多擁有“減碳內(nèi)核”的氫能源汽車駛出賽場，在公交、物流、環(huán)衛(wèi)、牽引等領(lǐng)域一展身手。

 

　　北京冬奧會上使用的氫燃料電池大巴，64%搭載了北京億華通科技股份有限公司研發(fā)的氫燃料電池系統(tǒng)，運營里程占比81%，減碳占比85%。背后，是這家公司持續(xù)十年的技術(shù)積累以及從無到有的突破創(chuàng)新。“下一步，我們將以先進(jìn)的氫燃料電池技術(shù)為切入點，為中國實現(xiàn)碳達(dá)峰、碳中和目標(biāo)作出應(yīng)有的貢獻(xiàn)，同時成為全球氫燃料電池技術(shù)的引領(lǐng)者。”對此，億華通董事長張國強信心滿滿。

 

 

 

　　2022年2月11日，河北張家口，中國石化河北石油崇禮西灣子加氫站在為冬奧會車輛加注氫氣。 視覺中國供圖

 

　　破解“國際難題”

 

　　2021年11月8日，距離北京冬奧會開幕不足百天。在張家口市崇禮區(qū)，一場紛紛揚揚的大雪飄落，城市銀裝素裹。人們紛紛舉起手機，將這片悠然意境收入鏡頭。億華通系統(tǒng)電控高級經(jīng)理趙興旺卻無暇欣賞這一美景，他帶領(lǐng)團(tuán)隊成員忙著將10余款樣車運到崇禮的驗證場——早在幾天前，他們就瞄準(zhǔn)了這場大雪，準(zhǔn)備趕在北京冬奧會開幕前，讓新研發(fā)的系統(tǒng)來一場實景演練。

 

　　這一天，距離公司啟動冬奧項目研發(fā)已經(jīng)過去了將近兩年。

 

　　“冬奧會使用的車輛必須是零排放。當(dāng)時有兩個方案成為備選，一個是純電動汽車，一個是氫燃料電池汽車。”該公司副總經(jīng)理李飛強說，冬奧賽區(qū)天氣寒冷，最冷時氣溫可低至零下30多攝氏度，這使得低溫環(huán)境下充電慢、續(xù)航里程短的純電動汽車無奈出局。然而，對于勝出的氫燃料電池汽車來說，低溫下電池系統(tǒng)的快速啟動是一個國際難題。

 

　　李飛強口中的“國際難題”，與氫燃料電池系統(tǒng)中一個名為“雙極板”的零件有關(guān)，它是電池系統(tǒng)的“心臟”——電堆的組成部分之一。雙極板的不同材料讓氫燃料電池汽車的發(fā)展分成了兩個不同技術(shù)路線：石墨板技術(shù)路線和金屬板技術(shù)路線。兩個技術(shù)路線各有優(yōu)劣：金屬板耐腐蝕性不好，壽命相對短，沒法滿足冬奧會后延期服役的要求，但比熱容小，啟動時不需要太多的熱量；而石墨板雖然耐腐蝕，但是比熱容大，低溫條件下的快速啟動困擾著國內(nèi)外同行。“最早期的燃料電池甚至就不允許低溫啟動后的運行，因為運行過程中，氫氣和氧氣反應(yīng)產(chǎn)生的水如果不能及時排出來，會在低溫下結(jié)冰，對設(shè)備造成損傷。”

 

　　放眼國際，行業(yè)內(nèi)的頭部企業(yè)對此也沒有完美的解決方案。五年前有國際同行就明確表示，其生產(chǎn)的產(chǎn)品只能在零攝氏度以上運行，如果電堆內(nèi)部的溫度傳感器檢測到曾在零攝氏度以下被使用，該車輛就不能享受質(zhì)保服務(wù)。還有的國外公司采用從外部借力：通過外接電線為啟動時的氫燃料電池汽車加熱。然而，多出來的操作步驟，也并不能讓啟動所需要的時間短到盡如人意。

 

　　一定還有更好的解決方案！

 

　　趙興旺帶領(lǐng)的年輕團(tuán)隊開始了技術(shù)攻關(guān)。在深入剖析了系統(tǒng)運行原理之后，團(tuán)隊決定讓系統(tǒng)自力更生。他們從控制技術(shù)入手，使低溫下剛開始反應(yīng)的氫氣和氧氣多產(chǎn)熱、少產(chǎn)電，待120秒內(nèi)完成加熱后再發(fā)電。核心邏輯是使相關(guān)的幾十個參數(shù)實現(xiàn)最佳配合。

 

　　優(yōu)化參數(shù)、設(shè)計方案、試驗驗證、推倒重來……趙興旺和團(tuán)隊似乎陷入了無限循環(huán)。過程枯燥，但隊員們也能苦中作樂。“第一次感受到噴氣結(jié)冰是什么滋味兒。”趙興旺笑著回憶，對低溫環(huán)境下的技術(shù)進(jìn)行驗證，自然離不開低溫艙。發(fā)動機在零下30攝氏度的低溫艙里冷凍一夜之后，技術(shù)人員在上班后開始進(jìn)行相關(guān)驗證。雖然大部分的工作在低溫艙外就能完成，但是遇到更換硬件、排查故障時，還是得有人進(jìn)到艙里。驗證開始時正值8月，一有問題，身穿短袖的隊員就要第一時間套上厚厚的軍大衣，帽子、手套全副武裝，在炎炎夏日感受常人無法感受到的“清涼”。

 

　　3個多月過去，轉(zhuǎn)眼進(jìn)入到最后演練環(huán)節(jié)。2021年11月8日，到達(dá)崇禮的當(dāng)晚，趙興旺腦子中還在不斷盤算著各種技術(shù)細(xì)節(jié)，雖然做了充足準(zhǔn)備，但是面對這未曾有人交卷的領(lǐng)域，他的內(nèi)心難免忐忑。9日凌晨不到5時，正是一天當(dāng)中最冷的時段，趙興旺和團(tuán)隊摸黑兒趕到了試驗場。在進(jìn)行排查時，趙興旺發(fā)現(xiàn)，冷凍一夜的汽車上，氫氣壓力傳感器的反饋信號出現(xiàn)了偏移，這意味著，用戶無法準(zhǔn)確掌握氫氣的用量。團(tuán)隊緊急行動，在雪中開展了3輪測試標(biāo)定，最終獲得了準(zhǔn)確的溫度影響曲線，為冬奧會期間氫燃料電池汽車的零故障表現(xiàn)奠定了基礎(chǔ)。

 

　　普通市民享受冬奧成果

 

　　每天凌晨4時，延慶區(qū)京張路口北公交站，一輛輛淺綠色的919快線公交車從站臺緩緩駛出，行駛約80千米后，最終抵達(dá)終點站德勝門。

 

　　與其他線路的車型相比，919快線使用的公交車顯得更為高大，讓它與眾不同的還有車身上“FCEV”的標(biāo)記，顯示著其“燃料電池汽車”的身份——2022年7月22日，212輛曾經(jīng)服務(wù)過北京冬奧會的氫能源汽車經(jīng)“公交化”改造后重新上路，成為本市首批常態(tài)化運營的氫能源公交車。

 

　　記者日前來到德勝門站，古老的灰色箭樓旁，往來穿梭的淺綠汽車倍顯活力。“在冬奧會服役時，因為要騰出空間放置運動員的雪橇雪板，車上的座位沒有這么多。”一踏上919快線車，北京公交集團(tuán)客八分公司科技信息部副經(jīng)理汪大維就打開了話匣子，他指著車輛后排的座椅接著介紹，“將這些拆除的座椅復(fù)位后，整輛車可搭載乘客50人。”這些經(jīng)歷冬奧考驗的車輛在保持其卓越性能的同時，也從乘客出發(fā)，在各個細(xì)節(jié)上進(jìn)行了升級改造：遮陽簾、刷卡機……最大的變化體現(xiàn)在駕駛室里：前窗一角一個圓圓的攝像頭捕捉著駕駛員的一舉一動，當(dāng)駕駛員出現(xiàn)異常行為時，系統(tǒng)會自動報警提示并上傳到管理系統(tǒng)，以便管理人員在后臺監(jiān)控。車輛正前方配備的道路預(yù)警裝置能對路況進(jìn)行實時研判，并為駕駛員提供駕駛指導(dǎo)。“這些電子設(shè)備都是第一次在公交車上啟用，未來我們將視運行情況在更大范圍內(nèi)推廣。”

 

　　硬件升級的同時，人員的培訓(xùn)也在第一時間跟上。汪大維說，所有919快線的駕駛員都接受了培訓(xùn)，掌握氫能的有關(guān)知識，進(jìn)行氫能源泄漏等緊急預(yù)案的演練。正式投入運營前，所有駕駛員還進(jìn)行了空車演練，適應(yīng)操作流程和駕駛視野。

 

　　場站里，開了13年公交車的駕駛員李彥斌正細(xì)細(xì)檢查著車輛，為再次出發(fā)做準(zhǔn)備。冬奧會期間，他就曾開著這款車負(fù)責(zé)延慶賽區(qū)運動員和媒體記者的接駁。“對于我們老司機來說，這車上手并不難。”有機會把車從冬奧會開回自己熟悉的工作崗位，他的語氣中難掩激動，“沒有噪音，起步特別平穩(wěn)，視野也好。”李彥斌第一次開著這車上路就感覺到了不一樣。“爬坡的時候感覺特別有勁兒。以前一進(jìn)山，開到40多邁，就感覺跑不動了?，F(xiàn)在不管是平路山路，都感覺動力源源不斷。”加氫的簡單操作更是減少了他的后顧之憂。“跟日常加油差不多。”李彥斌說，打開車身側(cè)面的小蓋子，插入加氫槍，15到20分鐘就能把車加滿。“我一天差不多跑兩個來回，一次加滿的氫氣一天用不完。”

 

　　下午4時左右，前往延慶的乘客正有序上車。“讓我們普通市民也能享受到冬奧成果，是一件特別有意義的事情。”乘客馬女士家住延慶，經(jīng)常乘坐919快線進(jìn)城辦事，她最大的感受是更舒服了。“之前坐在車上總是隱隱約約地能聽到噪音，想睡會兒都睡不踏實；但是這車特安靜，往返途中能踏實補個覺。”也有乘客為車優(yōu)良的“減碳”表現(xiàn)點贊，“零排放，零污染，真正實現(xiàn)了綠色出行。”

 

　　汪大維說，客八分公司共接收了169輛氫能源客車，除了安排在919快線外，還有55輛車分配在延慶區(qū)域公交線路。據(jù)統(tǒng)計，從投入運營到今年1月，169輛氫燃料車共計行駛超過624萬千米，同比減少二氧化碳排放約542.4萬千克。

 

　　奔馳在路上，綠色大巴繼續(xù)守衛(wèi)著首都的藍(lán)天白云。

 

　　注入更多國產(chǎn)基因

 

　　2022年3月3日，大興區(qū)百利威物流園里一片熱鬧。嶄新的紅地毯兩側(cè)，100臺福田智藍(lán)4.5噸氫燃料電池冷藏車氣宇軒昂，車頭系著大紅花，正蓄勢待發(fā)——它們是全國最大批量用于商業(yè)運營的氫能冷鏈物流車輛，預(yù)示著冷鏈物流開始進(jìn)入氫能時代。相比柴油車，這批氫燃料電池冷藏車的投用每年可減少300萬千克的碳排放。

 

　　“物流業(yè)使用新能源車是首都發(fā)展的新要求。電動冷藏車為了滿足夏天物流的保鮮要求，在低溫運行時需要耗費大量的電，使其運行里程受到很大限制。”李飛強說，氫燃料電池車則免除了這一困擾，以北京投入使用的這批產(chǎn)品為例，加氫時間小于5分鐘，行駛里程可達(dá)約400千米，完全能夠保障車輛的出勤率和物流使用需求。

 

　　——這并不是億華通的唯一作品。北京冬奧會之后，億華通不斷拓展新的應(yīng)用場景，新一代產(chǎn)品不斷亮相，驚艷市場。

 

　　2022年8月26日，世界新能源汽車大會上，一臺氫燃料電池重型卡車格外引人注目。吸引人的除了它龐大的體型，還有它低碳的內(nèi)核——這款長續(xù)航、高功率的重卡，搭載了億華通研發(fā)的全球首款240千瓦氫燃料電池發(fā)動機，成為億華通新一代產(chǎn)品的最佳代表。

 

 

 

　　億華通研發(fā)的全球首款240千瓦氫燃料電池發(fā)動機

 

　　與上一代的“冬奧產(chǎn)品”相比，新一代產(chǎn)品不僅繼承了低溫快速啟動的優(yōu)良表現(xiàn)，同時被寫入了更多的國產(chǎn)基因，并被賦予了更長久的使用壽命。“我們產(chǎn)品的國產(chǎn)化經(jīng)歷了‘由表及里’的過程。從整車的動力系統(tǒng)到燃料電池系統(tǒng)，再推進(jìn)到電堆以及電堆的核心零部件。”李飛強說，“冬奧產(chǎn)品”作為公司的第二代產(chǎn)品，已經(jīng)實現(xiàn)了雙極板和膜電極以外的電堆組件的國產(chǎn)化；到了第三代，公司的目標(biāo)是實現(xiàn)雙極板和膜電極的“中國造”。

 

　　這次挑大梁的是公司電堆技術(shù)高級經(jīng)理徐云飛。“系統(tǒng)的設(shè)計參數(shù)與材料選擇密切相關(guān)。因此，我們選擇了‘兩條腿’走路：提高電堆國產(chǎn)化比例與優(yōu)化電堆表現(xiàn)同步推進(jìn)。”徐云飛說，這意味著，他們要同時啃下兩塊“硬骨頭”。

 

　　精益求精，永無止境。“從膜電極和雙極板的設(shè)計入手，我們先后制定了很多輪的優(yōu)化方案。其中，雙極板大概迭代了40多輪，膜電極優(yōu)化了將近10輪。”黎明前的艱難摸索，徐云飛至今歷歷在目。實現(xiàn)核心部件的國產(chǎn)化，首先要找到合適的材料。為此，團(tuán)隊遍訪原材料的供應(yīng)商，一開始的測試結(jié)果卻讓他們心灰意冷。

 

　　沒有捷徑。團(tuán)隊把用在自己身上的狠勁兒和韌勁兒拿了出來，“逼”著供應(yīng)商從源頭一點點優(yōu)化，純度、平整度、均勻度……每個指標(biāo)都細(xì)細(xì)打磨。很多時候，供應(yīng)商都抱怨“已經(jīng)到了極限”，而團(tuán)隊的回應(yīng)永遠(yuǎn)是“還能不能更好一點兒”。

 

　　選材只是漫漫征程的第一步，擋在他們前面的最大難題是“水平衡”。徐云飛解釋，對于氫燃料電池的發(fā)動機來說，水的存在很微妙：一方面，在電堆內(nèi)部，質(zhì)子交換膜需要一定量的水來維持質(zhì)子的傳導(dǎo)；而另一方面，水量太多，會影響氫氣、氧氣的傳輸。業(yè)內(nèi)認(rèn)為，如何尋找到最佳平衡點是提高電堆壽命、優(yōu)化電堆表現(xiàn)的關(guān)鍵；而電堆的表現(xiàn)直接影響了發(fā)動機的使用壽命，因而破解“水平衡”難題也成了國內(nèi)外爭相攀登的技術(shù)高峰。

 

　　最難的是要想出辦法將燃料電池里水的狀態(tài)表征出來。“時間緊、任務(wù)重，我們團(tuán)隊很多人直接住進(jìn)了公司。”徐云飛說，最初幾次的失敗讓團(tuán)隊一度動搖，對能不能辦到產(chǎn)生懷疑。等到后來把失敗當(dāng)成了家常便飯，再面對“差些火候”的仿真模擬結(jié)果時，大家心態(tài)平和了很多。“最多冷靜10分鐘，有的出去透透氣，溜達(dá)一圈，便又干勁兒滿滿。”徐云飛說，自己常被同事們的執(zhí)著勁兒感動，“團(tuán)隊20多人基本24小時待命，凌晨3時發(fā)出的郵件可能十幾分鐘后就收到了回復(fù)。”

 

　　一次次的失敗鋪就了通向成功的道路。通過文獻(xiàn)調(diào)研、試驗驗證，團(tuán)隊采用的交流阻抗、綜合熱管理等自主集成技術(shù)最終研發(fā)成功，實現(xiàn)了氫燃料電池發(fā)動機氫、空、水、熱、電等內(nèi)部系統(tǒng)高效協(xié)同控制，使得電堆的使用壽命比之前提高了60%。

 

　　然而，這并不是技術(shù)創(chuàng)新的終點。瞄準(zhǔn)質(zhì)子交換膜國產(chǎn)化的最新一代產(chǎn)品已在醞釀測試中，“作為國內(nèi)氫燃料電池研發(fā)與產(chǎn)業(yè)化領(lǐng)軍企業(yè)，讓世界看到中國產(chǎn)品的魅力，我們責(zé)無旁貸。”李飛強說。