2022-02-14
氢能作为最清洁的能源，在北京冬奥会上被广泛应用。除火炬全面使用氢能外，在冬奥会各赛区，氢燃料电池汽车也实现了大规模示范运行。不过，从燃油车到氢能车的跨越，可不是简单地从“烧油”变为“烧氢气”，背后是氢燃料电池发动机核心技术、多重耦合安全技术、全气候动力电池技术等一系列最新技术的探索和应用。
冬奥赛区内运行的氢能大巴。
百公里减少碳排放94.8千克
“氢燃料电池其实是一套发电装置，只要有氢气作为能源，就可以持续运行。”作为北京冬奥会燃料电池发动机核心供应商，北京亿华通科技股份有限公司常务副经理于民表示，氢燃料电池汽车是实现能源转型与绿色、低碳发展的重要技术手段，相比于传统汽车，其能量转化效率可达到65%以上，为内燃机的2至3倍，且发动机工作温度更低，运行噪音、振动更小，车辆舒适性能更好。
服务于冬奥赛场的氢能公交车，一次加氢只需10至15分钟，即可保障车辆行驶约300公里，团体车的单次加氢续航可达500公里，与电动汽车相比大大节约了燃料加注时间。
但氢气化学性质活泼，储存时容易逸散。为了保障车辆安全，装载氢气的气瓶具备高强度、高耐久、高可靠性，并将与氢燃料相关的零部件放置在开放环境，让氢气难以高浓度聚集。车内也设置了氢系统泄漏监测及预警系统，一旦发生泄漏，能立即感知并关闭气瓶阀门。
于民介绍，氢燃料电池发动机运行过程中仅产生电、水和热，相比于燃油公交车，氢燃料电池公交车每百公里可减少二氧化碳排放94.8千克。氢能汽车在冬奥会上的应用，实践了“绿色奥运”的理念，也能提升大众绿色出行的意识。冬奥会结束后，该批车辆将就地转为当地公交车、团体车继续使用。
低温环境下也能快速“开工”
在延庆赛区投入使用的212辆氢燃料客车，全部应用了全气候动力电池技术，即使在零下30摄氏度的环境里长时间停放，动力电池也能在数分钟内迅速升温至合理工作温度。
作为全气候动力电池技术研发团队成员，荣盛盟固利新能源科技股份有限公司总工程师毛永志介绍，在严寒环境下，氢燃料电池的低温冷启动仍需要锂电池辅助，才能适应复杂、快速的冬奥保障需求。锂离子电池低温放电性能差，同时低温充电容易导致锂的析出，“消费者的体验差，是新能源汽车在寒冷地区推广难的主要原因”。
为此，技术人员采取夹层结构设计，将高功率的金属加热片和电池板间隔排列并连接，这样能极大地增加传热面积、缩短传热距离，利用电池自身能量进行快速升温。综合考虑经济性、安全性、可控性等因素，全气候动力电池从零下20摄氏度加热到零上10摄氏度，只需消耗自身电量的4.5%，续航即可增加10%至30%。
毛永志介绍，让车辆动力电池在合理温度区间内工作，能够提高在低温环境下车辆的动力性能，延长行驶里程。不论车辆是在行驶、停留还是充电状态，加热系统都能工作，快速将电池温度提升到正常工作范围，并通过温控装置保证电池安全。
加装一颗“心脏”提升动力
通往国家高山滑雪中心的山路弯急坡陡，这对氢能客车的山地运行能力是不小的考验。
参与“双电机耦合无动力中断自动变速电驱动系统”项目研发的北京理工华创电动车技术有限公司工程师赵明杰介绍，市场上的新能源车多为单电机直驱或搭配变速箱的设计，延庆赛区氢能客车使用的双电机结构，相当于车辆多了一颗“心脏”，即使换挡时一台电机动力清零，另一台仍能持续输出动力，保证车辆运行平顺。
通过技术攻关，科研团队实现了双电机及变速箱一体化设计，由动力控制器实现两电机高效协同配合，车辆整体动力性能明显增强，百公里能耗降低。赵明杰说，经过反复测试验证，相比于单电机动力系统，新系统在扭矩、功率、爬坡、车速、舒适、经济六方面均表现出色。
本报记者
刘苏雅