2019年7月8日，深圳市佳華利道新技術開發有限公司聯合有研工程技術研究院有限公司、深圳市綠航星際太空科技研究院合作攻關，首輛裝配有低壓（5Mpa）合金儲氫系統的公交車已順利下線。與此同時，坐落於興城經濟開發區的全球第一座車用低壓加氫站已完成建設並開始示範運營。
本文將對，5Mpa低壓合金氫燃料公交車以及低壓加氫站技術狀態深度解析。
1、5Mpa低壓合金氫燃料公交車技術狀態：
這臺基於佛山飛馳客車廠量產車型發展而來的5Mpa低壓合金儲氫燃料公交車（FSQ6900FCEVG1），長寬高9000x2490x3300mm、軸距4570mm；自重10噸、滿載14噸；搭乘人數58人、設立坐席26座；動力電池裝載電量為42.6度電、燃料電池發動機額定功率30千瓦、驅動電機額定功率60千瓦、5Mpa低壓合金儲氣瓶裝載氫氣16.8升；公交運營工況百公里耗氣（氫）量為4.5升、最大續航里程370公里（大於）、氫氣加註時間20-30分鐘。
這臺編號為FSQ6900FCEVG1低壓合金氫燃料公交車，基於佛山飛馳電動客車改型而來，保留了原車適配的磷酸鐵鐵鋰電池（裝載電量縮小到42.6度電），驅動電機及控制系統。
5Mpa低壓合金儲氣系統、燃料電池發動機（電堆）以及重新佈設的散熱系統和控制系統，都在不改變原車驅動系統、動力電池系統以及車身焊接架構上，“原裝位”換裝的形式集成。
在地表溫度達到48攝氏度、車身覆蓋件（前部）溫度達到45.5攝氏度的午後，筆者對5Mpa低壓合金氫燃料公交車、低壓合金儲氣系統、燃料電池發動機及輔助系統，進行簡單的評測。
上圖為，開啟載員艙空調製冷模式並以“怠速”狀態運行超過2小時的，低壓合金氫燃料公交車後部動力艙各分系統細節及熱輻射信號特寫。
輸出功率30千瓦的燃料電池發動機“怠速”運行（為電動空調壓縮機輸出電量）時，冷卻系統進行高溫散熱伺服，最高溫度保持在60攝氏度左右的預設工況。
上圖為5Mpa低壓合金儲氫系統直接裝載於車型底盤細節特寫。
作為燃料電池系統的一部分，5Mpa低壓合金儲氫系統利用燃料電池發動機運行時產生的餘熱釋放氫氣，並可吸收30%的餘熱，成為系統外部換熱器，減少了系統換熱能耗，平均散熱功率降低0.6千瓦。
簡單的說，在燃料電池發動機運行（氫氣和氧氣在電堆內進行化學反應）產生的熱量，對5Mpa低壓合金系統進行預熱，以達到氫氣釋放的技術需求。這種循環做工的技術設定，有利於降低源自氫燃料和車載動力電池輸出的能量，讓車輛從“冷啟動”工況快速進入正常使用模式。
在這裡需要補充一下的是，目前熱議的燃料電池技術、燃料電池汽車，實際上指的是有氫氣和氧氣在專用的燃料電池發動機（電堆）進行作用（鉑金催化），轉化成水、熱能和電能。氧氣通過空氣濾清器（過濾雜質）輸送至電堆、參與催化作用的氫氣，則通過隨車設置的儲氫裝置進入電堆，與氧氣共同進行催化反應並獲得電量。根據燃料電池發動機設定功率和驅動電機功率，產生的差額，再加裝一組磷酸鐵鋰電池總成，用於存儲燃料電池發動機輸出的電量，以及在全負載工況時補充輸出電量至驅動電機、回收制動回饋電能。
上圖為臺架狀態的30千瓦（額定功率）燃料電池發動機細節特寫。
換句話說，在中國本土量產的燃料電池車型，屬於一種REEV（增程式插電混動）車型。燃料電池發動機替代傳統汽油機，輸出的電量至動力電池儲備或驅動整車行駛；動力電池用於存儲燃料電池發動機輸出的電量並跟隨驅動效率輸出電量用於驅動。
上圖為5Mpa低壓合金儲氫系統特寫。
這種低壓合金儲氫系統的罐體內封裝粉末狀合金（通過技術手段，固定在罐體內，並具備與氫氣快速混合的能力），與氫氣反應生成氫化物。在一定條件下，催化成氫氣和金屬，可以結合可以分離。氣態的氫氣與金屬結合成物態物質。在車載端加熱後分解出氫氣和金屬，然後驅動燃料電池發動機做工。
總的來說，5Mpa低壓合金儲氫系統的優勢很顯著。相對35Mpa和70Mpa壓力設定，儲氣鋼瓶、閥門、管路的製造精度與壓力需求大幅降低。這也意味著5Mpa低壓合金儲氣系統的本身成本持續降低，與其配套的運輸、存儲和加註環節的硬件成本都可隨之降低。
2、低壓合金氫燃料加氫站運營模式：
為了符合“在20分鐘之內可以把氫充滿，至少行駛300公里以上”的5Mpa低壓合金氫燃料公交車的運營需求，就需要儲氫容量需要達到15公斤以上，同時為了保證20分鐘充滿，平均速率達到60kW燃料電池的動態響應技術設定。要想發揮5Mpa低壓合金儲氫系統本身技術優勢，也要與專用的低壓加氫站配套支持。
坐落於興城經濟開發區的全球第一座低壓加氫站。相比於高壓（國內35Mpa）儲氫加氫設備投資不到1/4，加氫壓力不到1/7，體積僅為1/3，整體安全性能大幅提升；加氫站設備投入可比現有設備成本節約70%以上，佔地面積由原先3000平米大幅降至300-500平米。也可對現有加油站和CNG加氣站稍加改造便可投入運營。
另外，加氫過程快捷，加氫量不受設備能力限制，運營效率得到有效提高。產品製造過程從原材料到生產全部實現國產化，不受外部因素影響，合金材料可回收再利用。
相對35Mpa高壓加氫站，需要預設氫氣存儲設施並在加氫前將存儲氫氣的罐體壓力提升至42Mpa不同，作為5Mpa低壓合金氫燃料公交客車運營體系的重要一部分，與其配套的加氫站可以使用20Mpa壓力的運輸槽罐車作為氫氣供應源。
為了保障絕對的安全，低壓加氫站在工作時，也設定了完整的流程。尤其規定進場加氫時，車輛驅動狀態；加註氫燃料完畢離場時，車輛驅動狀態。
在進行低壓氫燃料加註時，首先要有操作人員對管路接頭進行防漏檢測；然後確認閥體沒有氣體洩漏後，將氫氣管路連接車載合金儲氣瓶接口。與此同時，還要通過接入冷卻後的防凍液（1進1出迴路）對合金儲氣鋼瓶進行液態散熱伺服。
如上圖所示，在約35攝氏度室外溫度環境下，進行氫燃料低壓加註時，加氫管路表面溫度與室外溫度相當（35-37攝氏度）、冷卻管路輸入端表面溫度約為31.9攝氏度、冷卻管路輸出端表面溫度約為44攝氏度，此時熱成像儀監測到最高溫度47.5攝氏度。
車載端合金儲氫鋼瓶系統壓力5Mpa、加註端槽車系統壓力20Mpa，這種低壓儲氫和加註系統，即可完成車載端合金儲氫。可代替鋼瓶系統35Mpa、加註端系統壓力提升至42Mpa，這種高壓儲氫和加註系統全部運營功能。
由於5Mpa低壓氫燃料公交客車和存儲加註一體化設施，可以直接使用20Mpa運輸用槽罐車作為存儲系統，僅1/3的成本並較大程度降低安全隱患。進過初步估算，低壓加氫設施的建設成本約為300-400萬元人民幣，而35Mpa高壓加氫設施的建設成本約為1200-1500萬元人民幣。
當然，5Mpa低壓合金儲氫系統，在安全層面較35Mpa以及70Mpa系統更安全，可是隨車攜帶的鋼瓶內部填充的合金增加約1噸的自重。這意味著9米級別氫燃料公交車運營時，每百公里氫氣消耗量增加0.2-0.3公斤，用車成本增加10-15元每百公里。
相比整套5Mpa低壓合金儲氫加氫站的400萬元，35Mpa高壓儲氫加氫站的1200-1500萬建設成本，每臺車每百公里運營增加的成本，每公斤氫氣降低的加壓環節成本所以及最重要的高安全性（車載端、運輸端、儲藏端、加註端）實在微不足道。
筆者有話說：
從2014年至2020年，高密度電池及電驅動類新能源車的國家與地方補貼退坡至零。而氫燃料類電動車輛的補貼額度始終保持高分比狀態，無形中為眾多車廠和研發機構投入重金，發展氫氣、電堆製造以及終端應用的源動力。
日系、美系車廠主打70Mpa氫燃料整車應用和解決方案；國內車廠則以35Mpa氫燃料解決方案商業化，但是這些歸納為高壓的技術及方案，都存在這諸多關鍵部件密封失效引發較高安全事故隱患。而涉及氫燃料發動機、儲氫鋼瓶、閥體、管路高成本分攤低下，使得氫燃料技術發展商業化前景不明。
現在，5Mpa低壓合金儲氫整車應用和儲氫、加氫設施的示範運營開啟，意味著這種以安全性能為大前提的第3類氫燃料系統解決方案的商業化又推進了一步。當下，全國僅有包括在建的40座加氫站，而建設成本較高（單價1200-1500萬元）的35Mpa高壓加氫站，也要考慮到所在地區的安全及維穩因素。綜合成本和安全等不可迴避的因素，35Mpa高壓加氫站的匱乏，導致眾多品牌車廠在推廣氫燃料公交車和商用車加氫困難的窘境。
5Mpa低壓合金氫燃料公交車和與其配套的低壓加氫站的示範運營，不僅標誌著這一新技術路線的成熟，用更貼合實際需求的方式將加氣難的問題得到簡化，加速氫燃料汽車實實在在落地，加快整個行業發展。同時，帶動了整個氫燃料產業鏈的發展，距離未來騰飛也就不遠了。
來源/新能源情報分析網
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