“燃料動(dòng)力電池”在過(guò)去的兩三年是非常“熱”的一個(gè)話題，在深入探討燃料動(dòng)力電池之前，我們先聊聊燃料動(dòng)力電池所使用的能源：氫。

人類利用能源的發(fā)展歷史是不斷走向清潔化的過(guò)程，氫能源是目前已知的最為綠色清潔的能源，因?yàn)闅浜脱踅Y(jié)合無(wú)論是直接燃燒還是化學(xué)反應(yīng)，其產(chǎn)物只有水，因此有望成為能源的終極形式。大創(chuàng)的研發(fā)總監(jiān)賈維新博士十年來(lái)一直對(duì)氫能源領(lǐng)域的技術(shù)保持高度且持續(xù)的關(guān)注，因此大創(chuàng)也一直在此領(lǐng)域探索前行。

除了綠色之外，氫能源相較于其他形式的能源具有功率密度優(yōu)勢(shì)，從物質(zhì)能量密度角度看，氫能源高于汽油、柴油和天然氣，氫氣的功率密度幾乎是其他化石燃料的3倍多。

既然有這么多的優(yōu)勢(shì)，氫能源該如何利用呢？可以通過(guò)熱機(jī)（通過(guò)利用內(nèi)能做功的機(jī)械，俗稱“內(nèi)燃機(jī)”），也可以通過(guò)燃料動(dòng)力電池。熱機(jī)的原理就是燃料在燃燒室內(nèi)燃燒，氣體膨脹推動(dòng)傳動(dòng)裝置做功，實(shí)現(xiàn)熱能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能。另一種方式就是燃料動(dòng)力電池，氫氣通過(guò)催化劑，形成H+，穿過(guò)電解質(zhì)膜后與氧氣結(jié)合生成水，同時(shí)電子通過(guò)電路從陰極到陽(yáng)極，從而形成電流。燃料動(dòng)力電池相比熱機(jī)，具有更高的效率（最大可以達(dá)到85%）。

雖然目前這種技術(shù)的基本原理已經(jīng)被工業(yè)界所熟知，但由于制氫、儲(chǔ)氫和運(yùn)輸氫的成本較高，因此并未大量普及。在當(dāng)今社會(huì)，一項(xiàng)新技術(shù)的引入，通常都會(huì)經(jīng)歷從政府行為到商業(yè)行為的過(guò)渡。在我國(guó)由于能源戰(zhàn)略的考量，政府不遺余力的推動(dòng)氫能源上的目的就顯而易見(jiàn)了。

氫能源的應(yīng)用大體經(jīng)歷以下幾個(gè)階段，首先是研發(fā)階段，之后是將這一技術(shù)推向市場(chǎng)，其次是擴(kuò)大市場(chǎng)邊界和基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，最后是由消費(fèi)者自行決策，從經(jīng)濟(jì)學(xué)上講，取決于能源的價(jià)格以及獲取的便捷性。

國(guó)內(nèi)燃料動(dòng)力電池在汽車領(lǐng)域的應(yīng)用，大概有20年的歷史，重要處于研究和產(chǎn)業(yè)化的初期，大創(chuàng)對(duì)豐田、現(xiàn)代、以及奔馳氫燃料動(dòng)力電池車與國(guó)內(nèi)廠家的比較發(fā)現(xiàn)，國(guó)內(nèi)除了個(gè)別OEM具備小批量量產(chǎn)條件之外，大多還處于DEMO車狀態(tài)，根本談不上大批量，很多零部件采用的還是工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)件，關(guān)于子部件的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和驗(yàn)證方式還未形成，更談不上系統(tǒng)集成的綜合性能。

關(guān)于燃料動(dòng)力電池整個(gè)系統(tǒng)，目前看最核心的技術(shù)包括：質(zhì)子交換膜，催化劑，雙極板，空壓機(jī)等等，這些部分等同于發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒室、活塞連桿、增壓器等等，而除此之外讓核心部件能夠高效可靠運(yùn)行的附件也至關(guān)重要，在此方面整個(gè)燃料動(dòng)力電池領(lǐng)域還處于非常初期的懵懂階段，因此具有很好的市場(chǎng)空間。因此，路漫漫其修遠(yuǎn)兮。。。

大創(chuàng)在燃料動(dòng)力電池領(lǐng)域的產(chǎn)品

大創(chuàng)重點(diǎn)關(guān)注在燃料動(dòng)力電池的核心附件領(lǐng)域，如下面示意圖所示。產(chǎn)品涉及以下幾大系統(tǒng)中的核心部件：

空氣進(jìn)氣系統(tǒng):水分離器、顆粒和化學(xué)過(guò)濾器、壓縮機(jī)噪聲消音器；

尾排系統(tǒng)：排氣/水整體解決方法，包括排水、儲(chǔ)水、防結(jié)冰、尾排消聲、泵閥；

氫氣供應(yīng)系統(tǒng)：氫引射器、氫水分離器；

熱管理系統(tǒng)：熱管理閥。

空氣進(jìn)氣系統(tǒng)

燃料動(dòng)力電池系統(tǒng)通過(guò)空壓機(jī)將干凈的增壓后的空氣送入電堆，使空氣中的氧氣與氫離子進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)，由于大氣中含有對(duì)電堆或壓縮機(jī)有害的顆粒物（灰塵、花粉、雨滴等）、化學(xué)物質(zhì)（例如SO2，H2S，NH3），因此要對(duì)空氣中的顆粒物進(jìn)行分離，以及對(duì)化學(xué)物質(zhì)進(jìn)行吸附。

大創(chuàng)可以供應(yīng)兩種具有顆粒和化學(xué)功能的過(guò)濾器：

圓筒空濾：適合商用車或則布置空間比較寬松的平臺(tái)，多種大小規(guī)格；

方形空濾：供應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)化殼體設(shè)計(jì)，兩種濾芯大小規(guī)格，分別適合大流量（100kW級(jí)）和中小流量（50kW級(jí)）應(yīng)用；為了適應(yīng)不同的車內(nèi)布局形式，上蓋與下殼體的裝配可以每90度鎖定一個(gè)位置，從而保證出氣口可以有四個(gè)方向。

在雨天或者車輛進(jìn)入涉水區(qū)域，假如大量雨水進(jìn)入到壓縮機(jī)，由于水的不可壓屬性，會(huì)對(duì)空壓機(jī)出現(xiàn)致命的損傷，因此要在空濾系統(tǒng)前設(shè)置水分離和排水結(jié)構(gòu)。

空壓機(jī)的噪聲常常是燃料動(dòng)力電池系統(tǒng)廠商或整車廠忽視的問(wèn)題，目前是燃料動(dòng)力電池車最惱人的噪聲源之一，在此不累述，后期大創(chuàng)會(huì)專門發(fā)一篇文章來(lái)分享。根據(jù)大創(chuàng)的相關(guān)經(jīng)驗(yàn)，壓縮機(jī)出現(xiàn)的噪聲重要是管道內(nèi)壓力波的形式存在，從進(jìn)氣管道的入口直接傳遞出來(lái)，或者從空壓機(jī)入口或出口的連接管的管壁輻射出來(lái)。因此要在空壓機(jī)的進(jìn)出口管路上新增消音裝置。

大創(chuàng)可以供應(yīng)三種解決方法，第一種是根據(jù)空間完全定制化，此示例是為了解決機(jī)艙空間，將壓縮機(jī)的進(jìn)氣管路和出氣管路的消音器集成到一起，因此從外觀看起來(lái)是四個(gè)管口；第二種方法是將消音裝置與空壓機(jī)進(jìn)行封裝，做成盔甲式結(jié)構(gòu)，將消音器布置在內(nèi)層與外層之間，這種設(shè)計(jì)要較強(qiáng)的設(shè)計(jì)能力以及工藝能力；第三種方法是模塊化的外掛式消音器，這個(gè)是大創(chuàng)的專利結(jié)構(gòu)，內(nèi)腔是單獨(dú)的芯子，可以更換和選型。

尾排系統(tǒng)

相比傳統(tǒng)發(fā)動(dòng)機(jī)，燃料動(dòng)力電池車的排出物更清潔，不要進(jìn)行復(fù)雜的催化反應(yīng)或顆粒捕捉。燃料動(dòng)力電池排出物的重要成分是氮?dú)夂退魵?，以及少量未反?yīng)的氫氣。由于出堆的氣體還具有一定的壓強(qiáng)，當(dāng)前有些燃料動(dòng)力電池系統(tǒng)設(shè)計(jì)將這部分勢(shì)能回收，通過(guò)與空壓機(jī)同軸的膨脹機(jī)來(lái)輔助對(duì)進(jìn)氣進(jìn)行增壓。

尾排系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要關(guān)注的問(wèn)題包括：排水和儲(chǔ)水，消音，水分離。

出堆的氣體溫度大概100攝氏度上下，隨著氣體向尾管方向流動(dòng)，溫度逐漸降低，過(guò)飽和的水蒸氣會(huì)析出變成液體。根據(jù)電堆的功率通過(guò)非常簡(jiǎn)單的計(jì)算就可以了解燃料動(dòng)力電池排出的水量，比如豐田Mirai的百公里排水大概5L左右。

如此多的水量必須要考慮水蒸氣冷凝后在管道內(nèi)的積存和主動(dòng)吹掃，除此之外在尾管設(shè)計(jì)過(guò)程中還要考慮到車輛長(zhǎng)下坡可能會(huì)引起的倒灌風(fēng)險(xiǎn)。而在寒冷的北方，水汽結(jié)冰也是個(gè)要考量的問(wèn)題，目前的尾排還有使用金屬管的案例，金屬和塑料的差異在于導(dǎo)熱率的不同，生活在東北的小伙伴或許會(huì)有剛洗過(guò)的手粘在大門上的情況，而在屋外的木頭或塑料則不會(huì)粘上，原因在于金屬的導(dǎo)熱率很高，手上的熱量瞬間消失從而結(jié)冰。豐田Mirai第一代在尾管設(shè)計(jì)上就采用了塑料和橡膠，假如你足夠細(xì)心就會(huì)發(fā)現(xiàn)管道采用雙射注塑（一頭硬一頭軟），幾段管道可以很方便的連接，在這一點(diǎn)上不得不佩服日本人在對(duì)工程上的嚴(yán)謹(jǐn)性，是在用產(chǎn)業(yè)化的思路在做一輛真正的“車”。

由于目前燃料動(dòng)力電池車的產(chǎn)量較低，塑料件在小批量的時(shí)候由于模具成本較高，因此大創(chuàng)開(kāi)發(fā)了柔性分段式結(jié)構(gòu)，如下圖所示，可以根據(jù)您的需求來(lái)創(chuàng)造出不同長(zhǎng)度和起伏的形狀，從而用一套模具來(lái)滿足多種需求，從而將模具成本在多個(gè)客戶方進(jìn)行分?jǐn)偂?/p>

消聲器的要是因?yàn)闅溲h(huán)裝置出現(xiàn)的噪聲通過(guò)尾排從排氣口傳播出來(lái)，具體采用何種消聲結(jié)構(gòu)取決于噪聲源，大創(chuàng)供應(yīng)模塊化的排氣消聲器，相同的外殼適用于不同的噪聲源特性，同時(shí)具備排水功能。

假如系統(tǒng)采用尾排氣體能量回收的膨脹機(jī)，氣體在進(jìn)入膨脹機(jī)之前要分離水滴，因此水分離器是必須的部件。

有人可能會(huì)問(wèn)，為何要將排氣口放到車的尾部呢，直接在電堆下面排不行嗎？這是由于排氣中含有氫的成分，氫氣屬于危險(xiǎn)氣體，易燃易爆，而氫氣的密度遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于空氣，車輛靜置狀態(tài)下，假如長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行導(dǎo)致氫氣在車底堆積是很危險(xiǎn)的。

氫氣供應(yīng)系統(tǒng)

氫氣供應(yīng)系統(tǒng)是保證讓高壓的氣體經(jīng)過(guò)降壓并進(jìn)入電堆的一系列閥類和管道，另外還包括氫氣循環(huán)的結(jié)構(gòu)和氫水分離裝置。目前氫循環(huán)采用的方式重要有：氫循環(huán)泵，引射器，或氫循環(huán)泵+引射器，這幾種形式。氫水分離器的用途是將從電堆中出來(lái)的含有氮?dú)?、氫氣和水汽中的水滴分離出來(lái)，再經(jīng)過(guò)循環(huán)裝置將富余的氫氣重新引入電堆。

大創(chuàng)目前重要關(guān)注于氫引射器和氫水分離器的研究和產(chǎn)業(yè)化。

熱管理系統(tǒng)

熱管理系統(tǒng)中的關(guān)鍵部件包括去離子器，水泵，溫控閥，散熱器等。目前大創(chuàng)重點(diǎn)關(guān)注在溫控閥，這重要得益于在傳統(tǒng)發(fā)動(dòng)機(jī)領(lǐng)域熱管理閥方面的相關(guān)經(jīng)驗(yàn)。

篇外話

大創(chuàng)的產(chǎn)品重要針對(duì)輕量化和節(jié)能環(huán)保在汽車行業(yè)的應(yīng)用，傳統(tǒng)動(dòng)力國(guó)六和油耗升級(jí)，以及新能源車衍生的新部件。重要是以塑料為主體材質(zhì)，集成電子電器、控制器、電機(jī)驅(qū)動(dòng)、NVH等功能。

除了以上介紹的產(chǎn)品，在燃料動(dòng)力電池領(lǐng)域大創(chuàng)一直持之以恒的在耕耘，會(huì)針對(duì)客戶和市場(chǎng)需求持續(xù)進(jìn)行創(chuàng)新。同時(shí)大創(chuàng)致力于與客戶進(jìn)行聯(lián)合研發(fā)，以加快客戶的研發(fā)速度，另外大創(chuàng)具備產(chǎn)品產(chǎn)業(yè)化的基礎(chǔ)，因此供應(yīng)給您的不僅僅是一個(gè)概念或昂貴的樣件，而是考慮了工藝和制造、以及成本因素的可以量產(chǎn)的方法或產(chǎn)品。