在氫燃料電池發動機領域，中國處于什么樣的地位?有哪些突破性技術領先世界?2022年8月27日，中國卡車網記者走進中國氫燃料電池發動機領軍企業——北京億華通科技股份有限公司，一探究竟。

目前全世界研發的產品最大功率在100KW以下，而作為中國氫燃料技術領軍企業的億華通公司，已邁過200KW的世界挑戰，直奔240KW的行業極限，并且已研發成功，還與國內主流汽車企業一起裝機路跑測試，預計很快會大批量投放市場。

更難能可貴的是，億華通研發的240KW氫燃料電池發動機，核心技術全部自研，并且零部件供應商也全部來自國產，擺脫了可能在關鍵技術領域被“卡脖子”的不確定性，技術性能不但引領中國，也領先世界。

執著于為長途重卡提供最強動力

發動機功率從小升級到大，特別是突破行業極限之所以困難重重，主要在于不是把小功率發動機零部件都變大，就變成大功率了，而是很多關鍵零部件、設計思路和系統的全新設計，跨界迭代。

因為把小功率發動機的零部件簡單放大，在提供輸出大功率的時候，零部件的材料、體積、運轉效率不支撐，會出現材料溶解，個別零部件體積急劇增大，以往布局也需要重新調整，為大功率服務。這也是在世界氫燃料電池發動機領域，這么多年來一直沒有突破100KW的原因。

而億華通之所以能一再突破行業極限，目前已迭代升級到240KW的世界最大功率氫燃料發動機，主要在于核心技術的不斷突破超越。

比如在電堆、空壓機和氫循環系統等方面，都是一步步卓有成效的技術攻關，才取得一個個突破，并引領供應商一起占領行業巔峰。

對此，億華通副總經理李飛強指出：“之所以執著突破240KW行業極限，因為和鋰電相比，燃料電池的優勢領域就在長途重載，而長途重載的功率需求在 200kW 以上”。三年前億華通開始規劃款能夠真正滿足長途重載需求的發動機，當時世界市場上大部分燃料電池發動機還在 60kW，大家對燃料電池輸出功率什么時候能超過 100kW都不確定，主要難點在于產業鏈零部件配套，尤其是電堆、空壓機和氫循環系統等。因此，這款產品我們從策劃到開發成功，花了三年時間，過程非常艱難，最終我們成功開發出來。

并且產品性能優勢明顯，億華通G20+能夠真正實現長途重載領域不同道路應用場景全覆蓋，產品優勢體現在高功率，額定功率 240kW，峰值功率 260kW，加載速率 32kW/s，降載速率 64kW/s，高效率，每1kg氫氣平均能發 18.2 度電，效率>50%的工作區間占比超過85%，質量比功率密度達到820W/kg，體積滿足49t 重卡搭載空間要求，實現快響應、高效率、高集成的綜合技術優勢。

日夜技術攻關 突破四項行業極限

突破行業極限，不是一句口號，而是無數個日日夜夜的創新攻關，更關鍵的是有卓有成效的成績。

億華通G20+在多個屬性方面實現了突破，首先是低溫環境適應性，采用優化的關機吹掃方法，使燃料電池堆內保持合適的水含量，低溫啟動時采用優化的陰極低計量比策略，通過缺氧增加陰極濃差過電勢，增加產熱，產品最終達到石墨板燃料電池發動機系統全球首次-40℃@126s 的低溫冷啟動能力，既滿足長途重載需求，還可以節約燃料。

其次是經濟性，電堆方面采用高功率密度石墨板電堆，在相同Pack 空間下，單電池片數由 330片增至 340片，提升電堆輸出功率，BOP 輔件方面，采用氫引射再循環系統及帶空氣尾排能量回收的膨脹機技術，策略方面，采用電堆操作條件與膨脹機功耗解耦匹配最優技術。G20+的額定效率 47.5%、常用工況點效率 51%、峰值效率 60%，200kW以上單系統發動機中處于領先水平。

第三是動態特性，硬件方面提升電堆及重要零部件的變載能力，軟件方面，優化變載策略，放寬對硬件的變載要求。由 0 升至額定 240kW 的加載時間為 3s，優于重卡燃油發動機的水平(4s);常溫開機時間為 10s，在國內商用車用燃料電池發動機領域處于先進水平。

最后是智能化，當前億華通有云端的大數據處理的平臺氫見未來、智能化的手機 APP 終端，可以隨時隨地獲取燃料電池發動機系統的運行狀態、統計數據，實現運行異常態快速預警，采用 OTA 遠程程序升級技術，實現軟件控制算法的持續改進。億華通參加冬奧保障期間，80%以上日常維護問題都是通過手機 APP 實現的，如車輛點檢，問題定位、故障排除、工單報送等。

本手勤奮攻關 妙手靈感創新

技術公關突破既需要扎實的本手勤奮，也需要靈感突現的妙手作用。億華通研發總監方川向記者分享空壓機和引射器開發過程中的故事。

燃料電池所用的空壓機，和一般內燃機上用的空壓機不一樣。燃料電池容易受到油霧的污染導致性能衰減，因此空壓機不能采用油潤滑，燃料電池領域一般采用空氣軸承代替傳統滾珠軸承，這種軸承通過高速流動的空氣形成一層薄薄的氣膜產生承載力，承托住高速電機的轉子。長期以來，燃料電池用空氣軸承空壓機，一直被國外壟斷，直到 2018 年才被國內幾家企業攻克，億華通也成為國內首家批量采用國產空氣軸承空壓機的燃料電池企業。

當時的空壓機還只能支持 60kW 的系統，對于匹配 200kW 以上的系統，是想都不敢想。對 200kW 系統匹配的空壓機，億華通調研了很久，受到大功率高速電機永磁體強度的限制，一直沒有可行的解決方案，項目一度陷入停滯。

在一次偶然的機會，億華通了解到 F1 方程式賽車采用了電渦輪技術，通過排氣渦輪與電機結合，可以提升系統效率。它山之石可以攻玉，億華通當時就想能否在燃料電池發動機上也采用類似的技術，用渦輪回收電堆排氣中的能量，將空壓機高速電機的功率需求降下來，這樣方案就可行了。當時方川和億華通的合作伙伴詳細論證了這個技術路線，覺得有可行，一拍即合，立馬開始設計。最終將理論的 40kW 電機功率降低到了30kW，攻克了大功率燃料電池發動機空壓機設計的難題。

另外引射器的開發，億華通也是從三年前開始著手布局的。當時行業里氫氣循環系 統的主流解決方案是氫氣循環泵，當時循環泵卡滯、結冰等故障頻發，給億華通帶來了很大的困擾。

億華通從化工領域的引射器得到啟發，決定將此技術應用到燃料電池發動機中，實現氫循環的功能。我們從流體仿真開始，經過了多輪迭代，不斷嘗試不同的設計參數，進行了上百次的仿真運算，由于當時測試資源有限，一直沒有機會和電堆進行聯合實驗，只是在零部件測試臺上進行驗證。好不容易等到了和電堆進行聯合實驗的機會，結果剛工作到不到 12kW 就因為軟件控制算 法還不夠成熟的原因不得不暫停，把實驗臺架讓給其他的項目。

當時公司內有很多質疑的聲音，覺得引射器不靠譜，豐田都用氫氣循環泵，億華通為什么劍走偏鋒，非要用引射器?這個東西到底行不行?引射器開發團隊承受了很大的壓力，在這個過程中也有人離職。但隨著公司的發展，測試資源越來越豐富，億華通引射器的測試和設計迭代開始加速，最后在第三代石墨板電堆產品平臺上成功應用，采用創新性的脈沖引射方案，能夠實現寬范圍調節氫氣回流量，替代氫氣循環泵的功能，提高可靠性，降低了成本。

目前，億華通240KW大功率氫燃料電池發動機，已與國內多家商用車廠家聯手進行測試包括常溫快速變載測試、低溫反復冷儲存/冷啟動測試、高溫運行/高溫儲存測試、672h 鹽霧測試、防水測試、防塵測試、濕熱測試、振動測試等等，并開始路跑測試，已獲得長達1億公里的運營數據，運營狀態良好。

距離長途重載用戶翹首期盼的氫燃料大功率發動機批量上市，在億華通的極限突破下，時間是越來越近了。