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摘要國(guó)內(nèi)燃料電池整車企業(yè)在探索輕量化上已經(jīng)邁出重要一步。
關(guān)于惡意轉(zhuǎn)載本網(wǎng)原創(chuàng)文章，故意刪除高工氫電字眼的嚴(yán)正聲明
汽車輕量化，是指在保證汽車強(qiáng)度、剛度和安全性能的前提下，盡可能降低整車裝備質(zhì)量，從而提高動(dòng)力，減少燃料消耗，增加經(jīng)濟(jì)性。輕量化同樣適用于燃料電池汽車。

“對(duì)燃料電池汽車來說，尤其是中重載車輛，整車重量大，載貨量就少，車輛的經(jīng)濟(jì)性就會(huì)降低。車輛的輕量化也是燃料電池未來發(fā)展主攻的方向。”三一重工氫燃料產(chǎn)品規(guī)劃院院長(zhǎng)宛朝輝在2021高工氫電年會(huì)上表示。

目前在國(guó)內(nèi)整個(gè)燃料電池汽車產(chǎn)業(yè)鏈中著力推進(jìn)燃料電池產(chǎn)品、進(jìn)而推動(dòng)燃料電池汽車輕量化的企業(yè)不在少數(shù)，且歸納來看普遍從四個(gè)方面入手：車載供氫系統(tǒng)輕量化、燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)輕量化、燃料電池車輛底盤輕量化，以及通過研究與應(yīng)用輕質(zhì)材料實(shí)現(xiàn)輕量化。

燃料電池汽車輕量化意味著什么？

對(duì)燃料電池汽車實(shí)施輕量化，國(guó)內(nèi)已經(jīng)有多家研究機(jī)構(gòu)及車企展開相應(yīng)研究。典型事例有：今年1月，浙江清華長(zhǎng)三角軍民協(xié)同創(chuàng)新研究院組織開發(fā)的國(guó)內(nèi)首臺(tái)碳纖維復(fù)材輕量化氫能城市客車在浙江海鹽正式發(fā)布。該車通過碳纖維復(fù)材車身的正向設(shè)計(jì)和其他系統(tǒng)優(yōu)化配置，實(shí)現(xiàn)了車輛實(shí)測(cè)10噸，比其他同型車輛減重超過2.5噸，大大節(jié)約百公里氫耗。

三一重工日前發(fā)布的氫燃料牽引車，采用輕量化技術(shù)，牽引車重10.7T，比同類產(chǎn)品輕3%以上。其他車企，如飛馳科技、吉利汽車、一汽大客、大運(yùn)汽車、長(zhǎng)城汽車、申龍客車等，也均公開表示在推進(jìn)車輛的輕量化設(shè)計(jì)。

對(duì)燃油車來說，采用輕量化技術(shù)能使汽車兼具高效動(dòng)力和杰出的燃油經(jīng)濟(jì)性；對(duì)電動(dòng)汽車來說，采用輕量化技術(shù)對(duì)增加續(xù)航里程有很大幫助。對(duì)燃料電池來說，采用輕量化技術(shù)又意味著什么，是否必須推進(jìn)？

一方面，輕量化可使車輛的運(yùn)載力更強(qiáng)勁，提升車輛的經(jīng)濟(jì)效應(yīng)。“以燃料電池重卡為例，我們跟有些鋼廠交流過，鋼卷按燃料電池車的載重量，按法規(guī)來說只能拉兩卷，如果用柴油的話可以拉三卷，按照一趟少一卷算，一年下來這個(gè)經(jīng)濟(jì)效益的差別就非常大了。國(guó)家示范推廣燃料電池車輛，這種經(jīng)濟(jì)性上的差別是一定要從技術(shù)上克服的。”一家整車企業(yè)相關(guān)人士如是表示，輕量化能夠提高車輛運(yùn)載能力，提升車輛的經(jīng)濟(jì)性。

另一方面，當(dāng)前在燃料電池車輛的使用上，地方每公斤氫氣的使用成本普遍高于傳統(tǒng)燃油車及電動(dòng)汽車的燃料動(dòng)力費(fèi)，同時(shí)加氫的便利性也還有待完善。推進(jìn)燃料電池汽車輕量化，能夠減少氫氣的用量，節(jié)約使用成本。同樣的加氫量，輕量化技術(shù)可以使車輛的續(xù)航里程更遠(yuǎn)。

燃料電池汽車的輕量化，既是把控整車重量的技術(shù)革新，也是提高燃料電池汽車經(jīng)濟(jì)性、推進(jìn)燃料電池汽車規(guī)?；谋亟?jīng)之路。

四方面著手燃料電池車輛輕量化

整車重量對(duì)車輛的運(yùn)載力、續(xù)航里程、適用性等有重要的影響。燃料電池汽車對(duì)輕量化也有需求。目前業(yè)界普遍在從發(fā)動(dòng)機(jī)、車載供氫系統(tǒng)、底盤開發(fā)、輕質(zhì)材料應(yīng)用等4個(gè)路徑推進(jìn)燃料電池汽車的輕量化。

1、追求燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)小型化：燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)是燃料電池汽車的“心臟”。車輛輕量化繞不開燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)的“瘦身”。目前，業(yè)界燃料電池企業(yè)普遍在考慮通過“小型化”來達(dá)到輕量化的效果。

“這個(gè)小型化具體指大功率、小體積。大功率指提高電堆的體積功率密度，如果體積功率密度提升了，同樣的總功率情況下，使用的零部件就會(huì)少。”一位燃料電池企業(yè)研發(fā)工作人員告訴高工氫電，當(dāng)前行業(yè)企業(yè)電堆的體積功率密度2.5-5kW/L，日本NEDO提出到2040年的目標(biāo)是將電堆的體積功率密度達(dá)到9kW/L，現(xiàn)在日本豐田，包括國(guó)內(nèi)企業(yè)都在向這個(gè)目標(biāo)沖刺。

而小體積，則指隨著系統(tǒng)開發(fā)的深入，企業(yè)會(huì)對(duì)很多功能器件進(jìn)行重疊整合，通過集成化達(dá)到縮小系統(tǒng)體積的目的。比如雄韜氫雄聯(lián)合權(quán)威科研機(jī)構(gòu)傾力打造國(guó)內(nèi)頂尖的燃料電池一體化控制器產(chǎn)品、福瑞電器目前推出的高壓集成功率控制器PCU均能起到這個(gè)所用。其中福瑞電器的高壓集成功率控制器PCU，由于集成部件減少了殼體、電氣部件、連接器及線束等部件的使用量，使系統(tǒng)體積減少20%，重量降低超過15%。

2、車載供氫系統(tǒng)方面：從車載供氫系統(tǒng)角度推進(jìn)車輛輕量化的企業(yè)也不在少數(shù)。目前國(guó)內(nèi)車載儲(chǔ)氫系統(tǒng)主要采用基于金屬內(nèi)膽III型瓶的高壓氣態(tài)儲(chǔ)氫，這種儲(chǔ)氫瓶重量大而且占用空間，對(duì)拉貨有很大影響；而70MPa塑料內(nèi)膽Ⅳ型瓶，儲(chǔ)氫密度最大，可長(zhǎng)時(shí)間儲(chǔ)存，并且重量要輕。為推進(jìn)氫能重卡的輕量化，已經(jīng)有企業(yè)明確提出從搭載70MPa塑料內(nèi)膽Ⅳ型瓶入手。

同時(shí)在車載供氫系統(tǒng)的設(shè)計(jì)上，目前市場(chǎng)上已有企業(yè)十堰東峻提出推出側(cè)掛式儲(chǔ)氫系統(tǒng)，該系統(tǒng)采用輕量化設(shè)計(jì)、全系統(tǒng)重量?jī)H1000kg(雙側(cè)掛2*2*320L配置），比同類產(chǎn)品離地間隙更高，通過性更好；可使車輛上裝節(jié)省1.5米軸向空間，增加約9m³載貨容積；同時(shí)降低整車重心，車輛更安全、更穩(wěn)定。

3、燃料電池車輛底盤輕量化：當(dāng)前，國(guó)內(nèi)外燃料電池汽車目前主要還是傳統(tǒng)底盤，智能化程度較低，同時(shí)設(shè)計(jì)對(duì)燃料電池汽車來說有不合理的地方。三一重工計(jì)劃從開發(fā)燃料電池汽車的專用底盤出發(fā)，推進(jìn)車輛的輕量化。具體包括實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)電機(jī)的變革，將圓線電機(jī)變成扁線電機(jī)，使體積更小、成本更低；將驅(qū)動(dòng)方式由集中式向分布式調(diào)整，簡(jiǎn)化驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，使動(dòng)力性加強(qiáng)，經(jīng)濟(jì)性更高，續(xù)航里程更長(zhǎng)等。

“Nikola Two的底盤就是針對(duì)燃料電池專門設(shè)計(jì)的。國(guó)內(nèi)整車企業(yè)也只有這樣，才有可能把重量降下來。燃料電池汽車不是拿來炫酷的產(chǎn)品，是用來掙錢的產(chǎn)品。”宛朝輝表示。

4、推進(jìn)輕質(zhì)材料的研究與應(yīng)用。燃料電池汽車的輕量化還涉及材料的選擇、材料結(jié)構(gòu)的優(yōu)化。浙江海鹽正式發(fā)布的國(guó)內(nèi)首臺(tái)碳纖維復(fù)材輕量化氫能城市客車，車廂采用的碳纖維復(fù)合材料技術(shù)，具有“更節(jié)能、更經(jīng)濟(jì)、更安全、更舒適、長(zhǎng)壽命、不腐蝕”六大優(yōu)勢(shì)，比金屬材料整車強(qiáng)度提高約10%，重量減輕約30%。

碳纖維復(fù)材具有高性能強(qiáng)度、耐磨、隔熱和耐腐蝕等優(yōu)點(diǎn)，車身采用這一材料可實(shí)現(xiàn)車身的輕量化。寶馬BMWi3是最先將碳纖維復(fù)材應(yīng)用在車身上的車型，整車質(zhì)量降為1.25噸。2021年，特斯拉Roadster電動(dòng)派車，采用碳纖維復(fù)材車身后，整車重量只有920公斤，與使用其他輕量化材料的汽車相比，質(zhì)量更輕、加速性能、操作性能和環(huán)保性更好。

現(xiàn)在這一材料應(yīng)用于燃料電池汽車，說明國(guó)內(nèi)燃料電池整車企業(yè)在探索輕量化上已經(jīng)邁出重要一步。

原標(biāo)題：燃料電池汽車輕量化“法門”