在氢燃料电池发动机领域，中国处于什么样的地位?有哪些突破性技术领先世界?2022年8月27日，中国卡车网记者走进中国氢燃料电池发动机领军企业——北京亿华通科技股份有限公司，一探究竟。
目前全世界研发的产品最大功率在100KW以下，而作为中国氢燃料技术领军企业的亿华通公司，已迈过200KW的世界挑战，直奔240KW的行业极限，并且已研发成功，还与国内主流汽车企业一起装机路跑测试，预计很快会大批量投放市场。
更难能可贵的是，亿华通研发的240KW氢燃料电池发动机，核心技术全部自研，并且零部件供应商也全部来自国产，摆脱了可能在关键技术领域被“卡脖子”的不确定性，技术性能不但引领中国，也领先世界。
执着于为长途重卡提供最强动力
发动机功率从小升级到大，特别是突破行业极限之所以困难重重，主要在于不是把小功率发动机零部件都变大，就变成大功率了，而是很多关键零部件、设计思路和系统的全新设计，跨界迭代。
因为把小功率发动机的零部件简单放大，在提供输出大功率的时候，零部件的材料、体积、运转效率不支撑，会出现材料溶解，个别零部件体积急剧增大，以往布局也需要重新调整，为大功率服务。这也是在世界氢燃料电池发动机领域，这么多年来一直没有突破100KW的原因。
而亿华通之所以能一再突破行业极限，目前已迭代升级到240KW的世界最大功率氢燃料发动机，主要在于核心技术的不断突破超越。
比如在电堆、空压机和氢循环系统等方面，都是一步步卓有成效的技术攻关，才取得一个个突破，并引领供应商一起占领行业巅峰。
对此，亿华通副总经理李飞强指出：“之所以执着突破240KW行业极限，因为和锂电相比，燃料电池的优势领域就在长途重载，而长途重载的功率需求在 200kW 以上”。三年前亿华通开始规划款能够真正满足长途重载需求的发动机，当时世界市场上大部分燃料电池发动机还在 60kW，大家对燃料电池输出功率什么时候能超过 100kW都不确定，主要难点在于产业链零部件配套，尤其是电堆、空压机和氢循环系统等。因此，这款产品我们从策划到开发成功，花了三年时间，过程非常艰难，最终我们成功开发出来。
并且产品性能优势明显，亿华通G20+能够真正实现长途重载领域不同道路应用场景全覆盖，产品优势体现在高功率，额定功率 240kW，峰值功率 260kW，加载速率 32kW/s，降载速率 64kW/s，高效率，每1kg氢气平均能发 18.2 度电，效率>50%的工作区间占比超过85%，质量比功率密度达到820W/kg，体积满足49t 重卡搭载空间要求，实现快响应、高效率、高集成的综合技术优势。
日夜技术攻关 突破四项行业极限
突破行业极限，不是一句口号，而是无数个日日夜夜的创新攻关，更关键的是有卓有成效的成绩。
亿华通G20+在多个属性方面实现了突破，首先是低温环境适应性，采用优化的关机吹扫方法，使燃料电池堆内保持合适的水含量，低温启动时采用优化的阴极低计量比策略，通过缺氧增加阴极浓差过电势，增加产热，产品最终达到石墨板燃料电池发动机系统全球首次-40℃@126s 的低温冷启动能力，既满足长途重载需求，还可以节约燃料。
其次是经济性，电堆方面采用高功率密度石墨板电堆，在相同Pack 空间下，单电池片数由 330片增至 340片，提升电堆输出功率，BOP 辅件方面，采用氢引射再循环系统及带空气尾排能量回收的膨胀机技术，策略方面，采用电堆操作条件与膨胀机功耗解耦匹配最优技术。G20+的额定效率 47.5%、常用工况点效率 51%、峰值效率 60%，200kW以上单系统发动机中处于领先水平。
第三是动态特性，硬件方面提升电堆及重要零部件的变载能力，软件方面，优化变载策略，放宽对硬件的变载要求。由 0 升至额定 240kW 的加载时间为 3s，优于重卡燃油发动机的水平(4s);常温开机时间为 10s，在国内商用车用燃料电池发动机领域处于先进水平。
最后是智能化，当前亿华通有云端的大数据处理的平台氢见未来、智能化的手机 APP 终端，可以随时随地获取燃料电池发动机系统的运行状态、统计数据，实现运行异常态快速预警，采用 OTA 远程程序升级技术，实现软件控制算法的持续改进。亿华通参加冬奥保障期间，80%以上日常维护问题都是通过手机 APP 实现的，如车辆点检，问题定位、故障排除、工单报送等。
本手勤奋攻关 妙手灵感创新
技术公关突破既需要扎实的本手勤奋，也需要灵感突现的妙手作用。亿华通研发总监方川向记者分享空压机和引射器开发过程中的故事。
燃料电池所用的空压机，和一般内燃机上用的空压机不一样。燃料电池容易受到油雾的污染导致性能衰减，因此空压机不能采用油润滑，燃料电池领域一般采用空气轴承代替传统滚珠轴承，这种轴承通过高速流动的空气形成一层薄薄的气膜产生承载力，承托住高速电机的转子。长期以来，燃料电池用空气轴承空压机，一直被国外垄断，直到 2018 年才被国内几家企业攻克，亿华通也成为国内首家批量采用国产空气轴承空压机的燃料电池企业。
当时的空压机还只能支持 60kW 的系统，对于匹配 200kW 以上的系统，是想都不敢想。对 200kW 系统匹配的空压机，亿华通调研了很久，受到大功率高速电机永磁体强度的限制，一直没有可行的解决方案，项目一度陷入停滞。
在一次偶然的机会，亿华通了解到 F1 方程式赛车采用了电涡轮技术，通过排气涡轮与电机结合，可以提升系统效率。它山之石可以攻玉，亿华通当时就想能否在燃料电池发动机上也采用类似的技术，用涡轮回收电堆排气中的能量，将空压机高速电机的功率需求降下来，这样方案就可行了。当时方川和亿华通的合作伙伴详细论证了这个技术路线，觉得有可行，一拍即合，立马开始设计。最终将理论的 40kW 电机功率降低到了30kW，攻克了大功率燃料电池发动机空压机设计的难题。
另外引射器的开发，亿华通也是从三年前开始着手布局的。当时行业里氢气循环系 统的主流解决方案是氢气循环泵，当时循环泵卡滞、结冰等故障频发，给亿华通带来了很大的困扰。
亿华通从化工领域的引射器得到启发，决定将此技术应用到燃料电池发动机中，实现氢循环的功能。我们从流体仿真开始，经过了多轮迭代，不断尝试不同的设计参数，进行了上百次的仿真运算，由于当时测试资源有限，一直没有机会和电堆进行联合实验，只是在零部件测试台上进行验证。好不容易等到了和电堆进行联合实验的机会，结果刚工作到不到 12kW 就因为软件控制算 法还不够成熟的原因不得不暂停，把实验台架让给其他的项目。
当时公司内有很多质疑的声音，觉得引射器不靠谱，丰田都用氢气循环泵，亿华通为什么剑走偏锋，非要用引射器?这个东西到底行不行?引射器开发团队承受了很大的压力，在这个过程中也有人离职。但随着公司的发展，测试资源越来越丰富，亿华通引射器的测试和设计迭代开始加速，最后在第三代石墨板电堆产品平台上成功应用，采用创新性的脉冲引射方案，能够实现宽范围调节氢气回流量，替代氢气循环泵的功能，提高可靠性，降低了成本。
目前，亿华通240KW大功率氢燃料电池发动机，已与国内多家商用车厂家联手进行测试包括常温快速变载测试、低温反复冷储存/冷启动测试、高温运行/高温储存测试、672h 盐雾测试、防水测试、防尘测试、湿热测试、振动测试等等，并开始路跑测试，已获得长达1亿公里的运营数据，运营状态良好。
距离长途重载用户翘首期盼的氢燃料大功率发动机批量上市，在亿华通的极限突破下，时间是越来越近了。
