【壓縮機網(wǎng)】氫燃料電池核心技術(shù)難題怎么破？一款特別兩級空壓機能帶來(lái)哪些改變？
導 讀
高效清潔的氫能源正得到國內外汽車(chē)產(chǎn)業(yè)前所未有的關(guān)注，氫燃料電池汽車(chē)也正得到全國從中央到地方前所未有的示范推廣支持。但這一新生事物要真正實(shí)現商業(yè)化落地，關(guān)鍵核心技術(shù)等方面仍需有更大突破。自上世紀90年代就進(jìn)入中國的蓋瑞特是最早一批將渦輪增壓技術(shù)引入國內的外資企業(yè)。近期，蓋瑞特針對當前國內氫燃料電池汽車(chē)的核心技術(shù)痛點(diǎn)，帶來(lái)了兩級電動(dòng)壓縮機技術(shù)，它能否成為更好的空氣壓縮解決方案？
如何突破空壓機技術(shù)瓶頸？
“要加大對燃料電池發(fā)動(dòng)機的研發(fā)力度，攻克基礎材料、核心技術(shù)和關(guān)鍵零部件難關(guān)，當前重點(diǎn)要突破膜電極、空壓機（空氣壓縮機）和儲氫罐的產(chǎn)業(yè)化。”以全國政協(xié)副主席、中國科協(xié)主席萬(wàn)鋼為代表的業(yè)內專(zhuān)家不止一次地向業(yè)內呼吁，氫燃料電池汽車(chē)要真正走入尋常百姓家，至少在技術(shù)層面上，還有幾項核心技術(shù)亟待突破，其中空壓機赫然在列。
空壓機被視為氫燃料電池汽車(chē)車(chē)載動(dòng)力系統的關(guān)鍵性技術(shù)之一，其性能好壞可直接影響燃料電池系統的效率、緊湊性和水平衡特性。據業(yè)內技術(shù)專(zhuān)家介紹，包括空壓機在內的空氣供應子系統總成本約占燃料電池系統成本的20%，能耗約占燃料電池輸出功率的20-30%?？諌簷C輸出的壓力和流量甚至在很大程度上可以直接影響燃料電池發(fā)動(dòng)機中的化學(xué)計量比和空氣加濕特性，進(jìn)而影響燃料電池堆的電壓輸出和燃料電池發(fā)動(dòng)機的功率輸出，一臺好的空壓機應當至少具備無(wú)油、高效、小型化、低成本、動(dòng)態(tài)響應能力好等優(yōu)點(diǎn)。各國的燃料電池項目對空壓機的研究都非常重視。但從目前國內市場(chǎng)看，工業(yè)壓縮機往往無(wú)法滿(mǎn)足燃料電池對空氣的要求，燃料電池汽車(chē)專(zhuān)用的空壓機成熟產(chǎn)品偏少、成本高、噪聲大、可靠性不足等問(wèn)題較為突出。
蓋瑞特正是看到了中國市場(chǎng)的機會(huì )。在本屆上海車(chē)展上，蓋瑞特拿出了一款已應用在本田Clarity轎車(chē)上的兩級電動(dòng)壓縮機。蓋瑞特全球卓越商務(wù)運營(yíng)與戰略高級副總裁Pierre Barthelet表示，與其它技術(shù)相比，蓋瑞特的空氣壓縮解決方案，采用了空氣軸承等獨特的技術(shù)設計，使之具備了尺寸更小、超安靜、耐高壓和效率更高等諸多特性。
具體而言，蓋瑞特通過(guò)采用兩級電動(dòng)壓縮機的創(chuàng )新設計結構——轉子兩端分別為低壓空壓機和高壓空壓機，能夠最大程度地對空氣進(jìn)行壓縮，為燃料電池堆帶來(lái)400千帕壓力、125g/s的增壓氣流量。在體積上，由于采取兩級壓縮，更高的壓力有助于將燃料電池電堆做得非常緊湊，可幫助電池堆體積縮小33%，實(shí)現發(fā)動(dòng)機罩內搭載燃料電池動(dòng)力系統。這對氫燃料電池在乘用車(chē)領(lǐng)域的應用非常有效。更好的是，整個(gè)機器的運轉力度卻并未因體積小而受影響。據了解，其第一代產(chǎn)品電機功率在20kW水平，轉速為10萬(wàn)轉。而目前市場(chǎng)上普通電動(dòng)汽車(chē)的驅動(dòng)電機的轉速僅有1.5萬(wàn)轉左右。未來(lái)的產(chǎn)品將朝著(zhù)轉速更高、體積更小的方向發(fā)展。由于采用獨特的空氣動(dòng)力學(xué)設計，蓋瑞特的電動(dòng)壓縮機不僅性能表現好，幫助燃料電池堆達到最大輸出功率103kW，而且在體積緊湊的前提下提升電池堆輸出密度，最高水平可達到3.1kW/L。
在實(shí)現高效的同時(shí)，蓋瑞特面臨的另一重挑戰是降噪的壓力。新能源汽車(chē)特別是純電動(dòng)汽車(chē)由于沒(méi)有發(fā)動(dòng)機，車(chē)內環(huán)境非常安靜，這對于許多消費者而言都是重要的加分項，他們對燃料電池汽車(chē)的期待也是如此。而且，根據君迪（J.D. Power）的調查顯示，中國的汽車(chē)用戶(hù)對車(chē)內噪音的敏感度遠高于歐美國家。這就意味著(zhù)，在靜音方面要有更為突出的優(yōu)勢才能更好地適應中國市場(chǎng)的特殊需求。Pierre Barthelet也看到了這一點(diǎn)：“對于氫燃料電池汽車(chē)而言，電堆發(fā)生反應是沒(méi)有聲音的，如果空壓機聲音很大，客戶(hù)會(huì )非常不舒服，這也是市面上不少產(chǎn)品的一大痛點(diǎn)。”他指出，目前市場(chǎng)上的主流空壓機產(chǎn)品包括離心式和螺桿式等，其中螺桿式噪音非常大。蓋瑞特的離心式設計應用了業(yè)內首創(chuàng )的空氣軸承，并經(jīng)過(guò)長(cháng)期的可靠性論證，好處是能實(shí)現超低靜音，且杜絕油脂對燃料電池的污染。高端轎車(chē)對降噪的要求更為苛刻，而蓋瑞特的產(chǎn)品能夠為本田Clarity燃料電池汽車(chē)這種高端車(chē)型配套，也從另一個(gè)側面印證它在降噪方面的表現。
如何影響車(chē)輛設計和性能？
一款這樣的空壓機能給氫燃料電池轎車(chē)的設計和性能表現帶來(lái)什么？
“因為空氣壓縮機的性能決定了電堆的性能，電堆只是發(fā)生反應的地方，取決于進(jìn)來(lái)的氫、氧結合的效率，其實(shí)某種程度上，空氣壓縮機也是整個(gè)系統的瓶頸，有更強勁的空氣壓縮機就可以開(kāi)發(fā)出更強的電堆系統。如果壓縮機的壓力非常高，而電堆無(wú)法承受就會(huì )損壞，如果電堆可以承受很高的壓力，但找不到合適的空氣壓縮機就沒(méi)有辦法發(fā)揮它的最大價(jià)值。本田知道我們可以給他提供高壓壓縮機，所以他設計出了全球第一款真正的五座氫燃料電池轎車(chē)。”Pierre Barthelet以本田的Clarity燃料電池汽車(chē)為例向我們繼續解釋?zhuān)諌簷C、電堆部分被安放在前艙蓋上，基本與傳統燃油車(chē)發(fā)動(dòng)機的位置相同，氫罐在后方座位下面，這樣后面可以坐三個(gè)人。在車(chē)輛空間的緊湊性及整體設計的一體化集成方面比較有優(yōu)勢。而其他氫燃料電池轎車(chē)因為要在后方座位中間安放氫罐，只能坐兩人，而且電堆放在座位下面會(huì )把底板抬得很高。
據了解，已經(jīng)走向市場(chǎng)的本田Clarity氫燃料汽車(chē)因更符合駕乘習慣的車(chē)內空間布局、安靜舒適的駕駛體驗和優(yōu)異的性能表現而廣受業(yè)界好評。
Pierre Barthelet 訪(fǎng)談錄
在2019中國汽車(chē)論壇期間，蓋瑞特全球卓越商務(wù)運營(yíng)與戰略高級副總裁Pierre Barthelet和高增長(cháng)區市場(chǎng)總監王成龍接受了《汽車(chē)縱橫》采訪(fǎng)，對蓋瑞特的獨特技術(shù)優(yōu)勢、降成本路線(xiàn)節奏、本土化發(fā)展規劃以及對中國氫燃料電池市場(chǎng)判斷等更宏觀(guān)的未來(lái)發(fā)展方向問(wèn)題進(jìn)行回應。
蓋瑞特卓越商務(wù)運營(yíng)與戰略高級副總裁Pierre Barthelet在2019中國汽車(chē)論壇上發(fā)言
《汽車(chē)縱橫》：目前氫燃料電池汽車(chē)仍然是一個(gè)充滿(mǎn)挑戰的領(lǐng)域，蓋瑞特對這類(lèi)產(chǎn)品的未來(lái)應用特別是在中國市場(chǎng)的應用有哪些判斷？您認為氫燃料電池汽車(chē)產(chǎn)業(yè)未來(lái)的關(guān)鍵性挑戰是哪些？將在哪些領(lǐng)域率先實(shí)現商業(yè)化突破？
Pierre Barthelet：首先，氫氣使用本身是零排放的過(guò)程，制氫的過(guò)程如果非常環(huán)保，整個(gè)生命周期就能實(shí)現徹底的零排放。其次，目前加氫站可能數量還不夠多。在起步階段，氫燃料汽車(chē)更加適合應用于商用車(chē)領(lǐng)域，因為商用車(chē)可以白天行駛，晚上固定回到某一個(gè)指定位置加氫，加滿(mǎn)然后過(guò)夜，整個(gè)運行非常有規律，商用車(chē)隊的運營(yíng)模式非常適合氫燃料電池這種技術(shù)的應用。
蓋瑞特高增長(cháng)區市場(chǎng)總監王成龍對國內的加氫站如何健康運營(yíng)進(jìn)行了補充：目前世界上其他國家往往從轎車(chē)領(lǐng)域開(kāi)始推廣，但是中國政府的特色做法是從商用車(chē)領(lǐng)域開(kāi)始示范運行，主要是為了讓這個(gè)行業(yè)能夠真正盈利，而不是一直在燒錢(qián)投入。因為加氫站要實(shí)現盈利，從商用車(chē)開(kāi)始的好處更多，比如公交車(chē)或者物流車(chē)隊的線(xiàn)路是固定，在一定區域范圍內運行，所以只需要一個(gè)加氫站就可以支持很多公交車(chē)和物流車(chē)，而且公交車(chē)和物流車(chē)用氫量比較大，可以讓加氫站盈利，使得更多的人愿意來(lái)投資。一個(gè)加氫站服務(wù)兩百輛公交車(chē)就有望實(shí)現盈利，但是目前如果服務(wù)乘用車(chē)，加氫站無(wú)法確定車(chē)輛何時(shí)來(lái)加氫，也沒(méi)有固定的客源，很有可能虧損。通過(guò)有固定使用場(chǎng)景的商用車(chē)慢慢把系統盤(pán)活、運用起來(lái)，先讓基礎設施逐漸實(shí)現盈利，并在這個(gè)過(guò)程中慢慢擴展基礎設施，加上現在的技術(shù)進(jìn)步非?？?，后續私家轎車(chē)也會(huì )跟上來(lái)。
世界各國政府已經(jīng)制定了到2030年加氫站提升計劃，中國、韓國、日本都已經(jīng)發(fā)布了這樣的路線(xiàn)圖，所以未來(lái)加氫站設施數量會(huì )不斷增加，隨著(zhù)加氫站的完善，站點(diǎn)的增多，我們認為乘用車(chē)領(lǐng)域的廣泛應用會(huì )在一段時(shí)間之后到來(lái)。
《汽車(chē)縱橫》：目前在氫燃料電池汽車(chē)的推廣上，除了關(guān)鍵技術(shù)及加氫站，居高不下的車(chē)輛成本也是重要的障礙之一?？諌簷C作為燃料電池堆的核心部件，在成本下降方面是否有空間？蓋瑞特在降成本方面是如何規劃的？主要通過(guò)哪些途徑實(shí)現？
Pierre Barthelet：當前要推廣氫燃料電池汽車(chē)的應用，除了基礎設施，成本也是很大的瓶頸。氫燃料汽車(chē)要實(shí)現大規模商用，在技術(shù)成熟安全的同時(shí)，成本也必須親民。但如何把相應產(chǎn)品從實(shí)驗室里的少量生產(chǎn)變成大規模批量化生產(chǎn)，這里有很多需要攻破的課題。雖然目前國內氫燃料電池汽車(chē)是2020年之后唯一一種還享受補貼的車(chē)型，我們還是希望車(chē)輛的總體成本可以降下來(lái)，讓更多的用戶(hù)能夠用上。關(guān)于降成本，我們的想法是首先量上來(lái)之后成本就會(huì )降下來(lái)。目前國內的燃料電池汽車(chē)僅有2000輛左右，而整個(gè)市場(chǎng)每年的新車(chē)產(chǎn)銷(xiāo)超過(guò)2000多萬(wàn)輛。其次，我們將會(huì )通過(guò)技術(shù)的不斷演化和設計優(yōu)化來(lái)降低成本。例如現在的產(chǎn)品是25千瓦、10萬(wàn)轉的電機，下一代產(chǎn)品我們將考慮通過(guò)更高的轉速降低電機的功率，將尺寸變得更小，當下一代產(chǎn)品提高到15萬(wàn)轉，電機會(huì )小很多，功耗也會(huì )降低10多千瓦。電機體積的減小會(huì )降低材料的用量，特別是銅以及貴金屬等都會(huì )大大減少。再次是通過(guò)制造可行性，在設計產(chǎn)品的同時(shí)考慮生產(chǎn)制造工藝、制造成本還有生產(chǎn)線(xiàn)設計自動(dòng)化程度。
蓋瑞特已經(jīng)制定出空壓機到2025年的設計路線(xiàn)和成本目標。目前應用在本田Clarity氫燃料汽車(chē)上的是我們的一代產(chǎn)品，通過(guò)更新設計和技術(shù)進(jìn)化，到2021年我們的二代產(chǎn)品的價(jià)格要做到一代產(chǎn)品價(jià)格的三分之一，在生產(chǎn)量上將達到數萬(wàn)臺。同時(shí)我們規劃到2025年達到十萬(wàn)臺量級以上，空壓機成本會(huì )降到目前的十分之一左右。如果氫燃料電池汽車(chē)的電堆、電機、儲氫氣泵還有氫罐等一系列主要零部件及配套產(chǎn)品的成本都能降至目前成本的十分之一，氫燃料電池汽車(chē)在價(jià)格上就可以和目前的電動(dòng)汽車(chē)相相媲美。在重載和長(cháng)里程的運營(yíng)中，氫燃料電池汽車(chē)最終的成本比純電動(dòng)汽車(chē)更有優(yōu)勢，而且燃料電池將會(huì )越做越小，越來(lái)越輕，但純電動(dòng)汽車(chē)隨著(zhù)行駛里程的增長(cháng)，所配的電池會(huì )越來(lái)越多，越來(lái)越重。
總之，我們通過(guò)更高效的壓縮機讓功耗更小，支持更高功率的電堆，發(fā)更多的電，實(shí)現更長(cháng)的續航里程。同時(shí)也讓整個(gè)系統的可靠性更好、維修成本更低甚至整個(gè)系統重量更輕、車(chē)價(jià)更低。因為新能源汽車(chē)上的每一度電都非常寶貴，讓用戶(hù)的開(kāi)車(chē)成本更低，解決他們的痛點(diǎn)，我們就起到了促進(jìn)行業(yè)發(fā)展的作用。
《汽車(chē)縱橫》：在達到一定量級的前提下，要實(shí)現2025年成本降至目前一代產(chǎn)品十分之一的目標，在技術(shù)上有哪些難點(diǎn)需要突破？蓋瑞特的技術(shù)優(yōu)勢集中在哪里？
Pierre Barthelet：傳統電動(dòng)汽車(chē)上常見(jiàn)的驅動(dòng)電機轉速僅1.5萬(wàn)轉左右，而蓋瑞特的產(chǎn)品已經(jīng)達到10萬(wàn)轉，后續還要提高到15萬(wàn)轉。因為要將電機做小是通過(guò)提高轉速實(shí)現的，轉速越高電機的功率就可以做得小一點(diǎn)，在這種情況下控制、算法、精度都需要有核心技術(shù)解決，這對控制而言非常具有挑戰性。
蓋瑞特在電動(dòng)空壓機方面的核心技術(shù)優(yōu)勢主要集中在三個(gè)方面：空氣軸承、高速電機以及電控，其中電控包括控制器的硬件和里面的算法，還有空氣動(dòng)力學(xué)的設計等。我們可以把這些不同核心技術(shù)集成在一起，用在一個(gè)場(chǎng)景上，給主機廠(chǎng)提供真正的集成性的、一攬式的解決方案。作為在汽車(chē)行業(yè)深耕65年的蓋瑞特，在全球13座現代化工廠(chǎng)，每天生產(chǎn)五萬(wàn)臺增壓器，每一臺都要與設計的目標一致。我們把這些不同的精密部架組合在一起，就像一個(gè)精密的瑞士手表一樣，但在大規模量產(chǎn)中，產(chǎn)品的生產(chǎn)一致性非常重要。因此基于我們的核心技術(shù)、提供集成性解決方案的能力以及大規模生產(chǎn)制造的經(jīng)驗，可以讓成本真正達到合理的水平，為主機廠(chǎng)提供持久、可靠的服務(wù)，這是我們真正的核心價(jià)值，不單單只是技術(shù)而已。
《汽車(chē)縱橫》：蓋瑞特目前在中國的本土化進(jìn)展如何？未來(lái)特別是在與氫燃料電池汽車(chē)相關(guān)的業(yè)務(wù)方面有哪些本土化的規劃？
Pierre Barthelet：我們在中國已經(jīng)有25年的歷史了，是第一家進(jìn)入中國的渦輪增壓系統制造商。在十年前，我們就決定在中國設立端到端的研發(fā)能力，并建設團隊、布置設施。不僅是應用，我們的整個(gè)材料、空氣動(dòng)力學(xué)、軸承、匹配、模擬計算、實(shí)驗等所有的都在中國做，因為我們認為從歐洲、美國開(kāi)發(fā)的產(chǎn)品不太適合中國的需求，要為中國市場(chǎng)開(kāi)發(fā)和生產(chǎn)有特別需求的產(chǎn)品，并且要跟上中國的發(fā)展速度。蓋瑞特目前在全球擁有13座貼近客戶(hù)的先進(jìn)制造工廠(chǎng)和5座研發(fā)中心，其中在中國設有上海和武漢兩家世界級先進(jìn)制造工廠(chǎng)，以及上海研發(fā)中心，工程研發(fā)團隊有200多人，具備端到端的研發(fā)設計、制造生產(chǎn)、工程能力和銷(xiāo)售服務(wù)能力。
在氫燃料電池汽車(chē)業(yè)務(wù)方面，現在我們的第一款產(chǎn)品已經(jīng)在中國經(jīng)過(guò)快速改型滿(mǎn)足了國內商用車(chē)的使用需求。未來(lái)針對中國市場(chǎng)，將在第一代的基礎繼續做本土化需求的研發(fā)，并建立當地的開(kāi)發(fā)能力。面向商用車(chē)和乘用車(chē)的不同需求，我們已經(jīng)制定出了第二代、第三代氫燃料汽車(chē)電動(dòng)空氣壓縮機的開(kāi)發(fā)路線(xiàn)，并將在中國加強本土研發(fā)以及本土化的生產(chǎn)制造。希望能夠通過(guò)技術(shù)變革解決行業(yè)、客戶(hù)以及終端消費者的痛點(diǎn)，從而對氫燃料汽車(chē)行業(yè)的發(fā)展起到促進(jìn)作用。
來(lái)源：汽車(chē)縱橫雜志社
導 讀
高效清潔的氫能源正得到國內外汽車(chē)產(chǎn)業(yè)前所未有的關(guān)注，氫燃料電池汽車(chē)也正得到全國從中央到地方前所未有的示范推廣支持。但這一新生事物要真正實(shí)現商業(yè)化落地，關(guān)鍵核心技術(shù)等方面仍需有更大突破。自上世紀90年代就進(jìn)入中國的蓋瑞特是最早一批將渦輪增壓技術(shù)引入國內的外資企業(yè)。近期，蓋瑞特針對當前國內氫燃料電池汽車(chē)的核心技術(shù)痛點(diǎn)，帶來(lái)了兩級電動(dòng)壓縮機技術(shù)，它能否成為更好的空氣壓縮解決方案？
如何突破空壓機技術(shù)瓶頸？
“要加大對燃料電池發(fā)動(dòng)機的研發(fā)力度，攻克基礎材料、核心技術(shù)和關(guān)鍵零部件難關(guān)，當前重點(diǎn)要突破膜電極、空壓機（空氣壓縮機）和儲氫罐的產(chǎn)業(yè)化。”以全國政協(xié)副主席、中國科協(xié)主席萬(wàn)鋼為代表的業(yè)內專(zhuān)家不止一次地向業(yè)內呼吁，氫燃料電池汽車(chē)要真正走入尋常百姓家，至少在技術(shù)層面上，還有幾項核心技術(shù)亟待突破，其中空壓機赫然在列。
空壓機被視為氫燃料電池汽車(chē)車(chē)載動(dòng)力系統的關(guān)鍵性技術(shù)之一，其性能好壞可直接影響燃料電池系統的效率、緊湊性和水平衡特性。據業(yè)內技術(shù)專(zhuān)家介紹，包括空壓機在內的空氣供應子系統總成本約占燃料電池系統成本的20%，能耗約占燃料電池輸出功率的20-30%?？諌簷C輸出的壓力和流量甚至在很大程度上可以直接影響燃料電池發(fā)動(dòng)機中的化學(xué)計量比和空氣加濕特性，進(jìn)而影響燃料電池堆的電壓輸出和燃料電池發(fā)動(dòng)機的功率輸出，一臺好的空壓機應當至少具備無(wú)油、高效、小型化、低成本、動(dòng)態(tài)響應能力好等優(yōu)點(diǎn)。各國的燃料電池項目對空壓機的研究都非常重視。但從目前國內市場(chǎng)看，工業(yè)壓縮機往往無(wú)法滿(mǎn)足燃料電池對空氣的要求，燃料電池汽車(chē)專(zhuān)用的空壓機成熟產(chǎn)品偏少、成本高、噪聲大、可靠性不足等問(wèn)題較為突出。
蓋瑞特正是看到了中國市場(chǎng)的機會(huì )。在本屆上海車(chē)展上，蓋瑞特拿出了一款已應用在本田Clarity轎車(chē)上的兩級電動(dòng)壓縮機。蓋瑞特全球卓越商務(wù)運營(yíng)與戰略高級副總裁Pierre Barthelet表示，與其它技術(shù)相比，蓋瑞特的空氣壓縮解決方案，采用了空氣軸承等獨特的技術(shù)設計，使之具備了尺寸更小、超安靜、耐高壓和效率更高等諸多特性。
具體而言，蓋瑞特通過(guò)采用兩級電動(dòng)壓縮機的創(chuàng )新設計結構——轉子兩端分別為低壓空壓機和高壓空壓機，能夠最大程度地對空氣進(jìn)行壓縮，為燃料電池堆帶來(lái)400千帕壓力、125g/s的增壓氣流量。在體積上，由于采取兩級壓縮，更高的壓力有助于將燃料電池電堆做得非常緊湊，可幫助電池堆體積縮小33%，實(shí)現發(fā)動(dòng)機罩內搭載燃料電池動(dòng)力系統。這對氫燃料電池在乘用車(chē)領(lǐng)域的應用非常有效。更好的是，整個(gè)機器的運轉力度卻并未因體積小而受影響。據了解，其第一代產(chǎn)品電機功率在20kW水平，轉速為10萬(wàn)轉。而目前市場(chǎng)上普通電動(dòng)汽車(chē)的驅動(dòng)電機的轉速僅有1.5萬(wàn)轉左右。未來(lái)的產(chǎn)品將朝著(zhù)轉速更高、體積更小的方向發(fā)展。由于采用獨特的空氣動(dòng)力學(xué)設計，蓋瑞特的電動(dòng)壓縮機不僅性能表現好，幫助燃料電池堆達到最大輸出功率103kW，而且在體積緊湊的前提下提升電池堆輸出密度，最高水平可達到3.1kW/L。
在實(shí)現高效的同時(shí)，蓋瑞特面臨的另一重挑戰是降噪的壓力。新能源汽車(chē)特別是純電動(dòng)汽車(chē)由于沒(méi)有發(fā)動(dòng)機，車(chē)內環(huán)境非常安靜，這對于許多消費者而言都是重要的加分項，他們對燃料電池汽車(chē)的期待也是如此。而且，根據君迪（J.D. Power）的調查顯示，中國的汽車(chē)用戶(hù)對車(chē)內噪音的敏感度遠高于歐美國家。這就意味著(zhù)，在靜音方面要有更為突出的優(yōu)勢才能更好地適應中國市場(chǎng)的特殊需求。Pierre Barthelet也看到了這一點(diǎn)：“對于氫燃料電池汽車(chē)而言，電堆發(fā)生反應是沒(méi)有聲音的，如果空壓機聲音很大，客戶(hù)會(huì )非常不舒服，這也是市面上不少產(chǎn)品的一大痛點(diǎn)。”他指出，目前市場(chǎng)上的主流空壓機產(chǎn)品包括離心式和螺桿式等，其中螺桿式噪音非常大。蓋瑞特的離心式設計應用了業(yè)內首創(chuàng )的空氣軸承，并經(jīng)過(guò)長(cháng)期的可靠性論證，好處是能實(shí)現超低靜音，且杜絕油脂對燃料電池的污染。高端轎車(chē)對降噪的要求更為苛刻，而蓋瑞特的產(chǎn)品能夠為本田Clarity燃料電池汽車(chē)這種高端車(chē)型配套，也從另一個(gè)側面印證它在降噪方面的表現。
如何影響車(chē)輛設計和性能？
一款這樣的空壓機能給氫燃料電池轎車(chē)的設計和性能表現帶來(lái)什么？
“因為空氣壓縮機的性能決定了電堆的性能，電堆只是發(fā)生反應的地方，取決于進(jìn)來(lái)的氫、氧結合的效率，其實(shí)某種程度上，空氣壓縮機也是整個(gè)系統的瓶頸，有更強勁的空氣壓縮機就可以開(kāi)發(fā)出更強的電堆系統。如果壓縮機的壓力非常高，而電堆無(wú)法承受就會(huì )損壞，如果電堆可以承受很高的壓力，但找不到合適的空氣壓縮機就沒(méi)有辦法發(fā)揮它的最大價(jià)值。本田知道我們可以給他提供高壓壓縮機，所以他設計出了全球第一款真正的五座氫燃料電池轎車(chē)。”Pierre Barthelet以本田的Clarity燃料電池汽車(chē)為例向我們繼續解釋?zhuān)諌簷C、電堆部分被安放在前艙蓋上，基本與傳統燃油車(chē)發(fā)動(dòng)機的位置相同，氫罐在后方座位下面，這樣后面可以坐三個(gè)人。在車(chē)輛空間的緊湊性及整體設計的一體化集成方面比較有優(yōu)勢。而其他氫燃料電池轎車(chē)因為要在后方座位中間安放氫罐，只能坐兩人，而且電堆放在座位下面會(huì )把底板抬得很高。
據了解，已經(jīng)走向市場(chǎng)的本田Clarity氫燃料汽車(chē)因更符合駕乘習慣的車(chē)內空間布局、安靜舒適的駕駛體驗和優(yōu)異的性能表現而廣受業(yè)界好評。
Pierre Barthelet 訪(fǎng)談錄
在2019中國汽車(chē)論壇期間，蓋瑞特全球卓越商務(wù)運營(yíng)與戰略高級副總裁Pierre Barthelet和高增長(cháng)區市場(chǎng)總監王成龍接受了《汽車(chē)縱橫》采訪(fǎng)，對蓋瑞特的獨特技術(shù)優(yōu)勢、降成本路線(xiàn)節奏、本土化發(fā)展規劃以及對中國氫燃料電池市場(chǎng)判斷等更宏觀(guān)的未來(lái)發(fā)展方向問(wèn)題進(jìn)行回應。
蓋瑞特卓越商務(wù)運營(yíng)與戰略高級副總裁Pierre Barthelet在2019中國汽車(chē)論壇上發(fā)言
《汽車(chē)縱橫》：目前氫燃料電池汽車(chē)仍然是一個(gè)充滿(mǎn)挑戰的領(lǐng)域，蓋瑞特對這類(lèi)產(chǎn)品的未來(lái)應用特別是在中國市場(chǎng)的應用有哪些判斷？您認為氫燃料電池汽車(chē)產(chǎn)業(yè)未來(lái)的關(guān)鍵性挑戰是哪些？將在哪些領(lǐng)域率先實(shí)現商業(yè)化突破？
Pierre Barthelet：首先，氫氣使用本身是零排放的過(guò)程，制氫的過(guò)程如果非常環(huán)保，整個(gè)生命周期就能實(shí)現徹底的零排放。其次，目前加氫站可能數量還不夠多。在起步階段，氫燃料汽車(chē)更加適合應用于商用車(chē)領(lǐng)域，因為商用車(chē)可以白天行駛，晚上固定回到某一個(gè)指定位置加氫，加滿(mǎn)然后過(guò)夜，整個(gè)運行非常有規律，商用車(chē)隊的運營(yíng)模式非常適合氫燃料電池這種技術(shù)的應用。
蓋瑞特高增長(cháng)區市場(chǎng)總監王成龍對國內的加氫站如何健康運營(yíng)進(jìn)行了補充：目前世界上其他國家往往從轎車(chē)領(lǐng)域開(kāi)始推廣，但是中國政府的特色做法是從商用車(chē)領(lǐng)域開(kāi)始示范運行，主要是為了讓這個(gè)行業(yè)能夠真正盈利，而不是一直在燒錢(qián)投入。因為加氫站要實(shí)現盈利，從商用車(chē)開(kāi)始的好處更多，比如公交車(chē)或者物流車(chē)隊的線(xiàn)路是固定，在一定區域范圍內運行，所以只需要一個(gè)加氫站就可以支持很多公交車(chē)和物流車(chē)，而且公交車(chē)和物流車(chē)用氫量比較大，可以讓加氫站盈利，使得更多的人愿意來(lái)投資。一個(gè)加氫站服務(wù)兩百輛公交車(chē)就有望實(shí)現盈利，但是目前如果服務(wù)乘用車(chē)，加氫站無(wú)法確定車(chē)輛何時(shí)來(lái)加氫，也沒(méi)有固定的客源，很有可能虧損。通過(guò)有固定使用場(chǎng)景的商用車(chē)慢慢把系統盤(pán)活、運用起來(lái)，先讓基礎設施逐漸實(shí)現盈利，并在這個(gè)過(guò)程中慢慢擴展基礎設施，加上現在的技術(shù)進(jìn)步非?？?，后續私家轎車(chē)也會(huì )跟上來(lái)。
世界各國政府已經(jīng)制定了到2030年加氫站提升計劃，中國、韓國、日本都已經(jīng)發(fā)布了這樣的路線(xiàn)圖，所以未來(lái)加氫站設施數量會(huì )不斷增加，隨著(zhù)加氫站的完善，站點(diǎn)的增多，我們認為乘用車(chē)領(lǐng)域的廣泛應用會(huì )在一段時(shí)間之后到來(lái)。
《汽車(chē)縱橫》：目前在氫燃料電池汽車(chē)的推廣上，除了關(guān)鍵技術(shù)及加氫站，居高不下的車(chē)輛成本也是重要的障礙之一?？諌簷C作為燃料電池堆的核心部件，在成本下降方面是否有空間？蓋瑞特在降成本方面是如何規劃的？主要通過(guò)哪些途徑實(shí)現？
Pierre Barthelet：當前要推廣氫燃料電池汽車(chē)的應用，除了基礎設施，成本也是很大的瓶頸。氫燃料汽車(chē)要實(shí)現大規模商用，在技術(shù)成熟安全的同時(shí)，成本也必須親民。但如何把相應產(chǎn)品從實(shí)驗室里的少量生產(chǎn)變成大規模批量化生產(chǎn)，這里有很多需要攻破的課題。雖然目前國內氫燃料電池汽車(chē)是2020年之后唯一一種還享受補貼的車(chē)型，我們還是希望車(chē)輛的總體成本可以降下來(lái)，讓更多的用戶(hù)能夠用上。關(guān)于降成本，我們的想法是首先量上來(lái)之后成本就會(huì )降下來(lái)。目前國內的燃料電池汽車(chē)僅有2000輛左右，而整個(gè)市場(chǎng)每年的新車(chē)產(chǎn)銷(xiāo)超過(guò)2000多萬(wàn)輛。其次，我們將會(huì )通過(guò)技術(shù)的不斷演化和設計優(yōu)化來(lái)降低成本。例如現在的產(chǎn)品是25千瓦、10萬(wàn)轉的電機，下一代產(chǎn)品我們將考慮通過(guò)更高的轉速降低電機的功率，將尺寸變得更小，當下一代產(chǎn)品提高到15萬(wàn)轉，電機會(huì )小很多，功耗也會(huì )降低10多千瓦。電機體積的減小會(huì )降低材料的用量，特別是銅以及貴金屬等都會(huì )大大減少。再次是通過(guò)制造可行性，在設計產(chǎn)品的同時(shí)考慮生產(chǎn)制造工藝、制造成本還有生產(chǎn)線(xiàn)設計自動(dòng)化程度。
蓋瑞特已經(jīng)制定出空壓機到2025年的設計路線(xiàn)和成本目標。目前應用在本田Clarity氫燃料汽車(chē)上的是我們的一代產(chǎn)品，通過(guò)更新設計和技術(shù)進(jìn)化，到2021年我們的二代產(chǎn)品的價(jià)格要做到一代產(chǎn)品價(jià)格的三分之一，在生產(chǎn)量上將達到數萬(wàn)臺。同時(shí)我們規劃到2025年達到十萬(wàn)臺量級以上，空壓機成本會(huì )降到目前的十分之一左右。如果氫燃料電池汽車(chē)的電堆、電機、儲氫氣泵還有氫罐等一系列主要零部件及配套產(chǎn)品的成本都能降至目前成本的十分之一，氫燃料電池汽車(chē)在價(jià)格上就可以和目前的電動(dòng)汽車(chē)相相媲美。在重載和長(cháng)里程的運營(yíng)中，氫燃料電池汽車(chē)最終的成本比純電動(dòng)汽車(chē)更有優(yōu)勢，而且燃料電池將會(huì )越做越小，越來(lái)越輕，但純電動(dòng)汽車(chē)隨著(zhù)行駛里程的增長(cháng)，所配的電池會(huì )越來(lái)越多，越來(lái)越重。
總之，我們通過(guò)更高效的壓縮機讓功耗更小，支持更高功率的電堆，發(fā)更多的電，實(shí)現更長(cháng)的續航里程。同時(shí)也讓整個(gè)系統的可靠性更好、維修成本更低甚至整個(gè)系統重量更輕、車(chē)價(jià)更低。因為新能源汽車(chē)上的每一度電都非常寶貴，讓用戶(hù)的開(kāi)車(chē)成本更低，解決他們的痛點(diǎn)，我們就起到了促進(jìn)行業(yè)發(fā)展的作用。
《汽車(chē)縱橫》：在達到一定量級的前提下，要實(shí)現2025年成本降至目前一代產(chǎn)品十分之一的目標，在技術(shù)上有哪些難點(diǎn)需要突破？蓋瑞特的技術(shù)優(yōu)勢集中在哪里？
Pierre Barthelet：傳統電動(dòng)汽車(chē)上常見(jiàn)的驅動(dòng)電機轉速僅1.5萬(wàn)轉左右，而蓋瑞特的產(chǎn)品已經(jīng)達到10萬(wàn)轉，后續還要提高到15萬(wàn)轉。因為要將電機做小是通過(guò)提高轉速實(shí)現的，轉速越高電機的功率就可以做得小一點(diǎn)，在這種情況下控制、算法、精度都需要有核心技術(shù)解決，這對控制而言非常具有挑戰性。
蓋瑞特在電動(dòng)空壓機方面的核心技術(shù)優(yōu)勢主要集中在三個(gè)方面：空氣軸承、高速電機以及電控，其中電控包括控制器的硬件和里面的算法，還有空氣動(dòng)力學(xué)的設計等。我們可以把這些不同核心技術(shù)集成在一起，用在一個(gè)場(chǎng)景上，給主機廠(chǎng)提供真正的集成性的、一攬式的解決方案。作為在汽車(chē)行業(yè)深耕65年的蓋瑞特，在全球13座現代化工廠(chǎng)，每天生產(chǎn)五萬(wàn)臺增壓器，每一臺都要與設計的目標一致。我們把這些不同的精密部架組合在一起，就像一個(gè)精密的瑞士手表一樣，但在大規模量產(chǎn)中，產(chǎn)品的生產(chǎn)一致性非常重要。因此基于我們的核心技術(shù)、提供集成性解決方案的能力以及大規模生產(chǎn)制造的經(jīng)驗，可以讓成本真正達到合理的水平，為主機廠(chǎng)提供持久、可靠的服務(wù)，這是我們真正的核心價(jià)值，不單單只是技術(shù)而已。
《汽車(chē)縱橫》：蓋瑞特目前在中國的本土化進(jìn)展如何？未來(lái)特別是在與氫燃料電池汽車(chē)相關(guān)的業(yè)務(wù)方面有哪些本土化的規劃？
Pierre Barthelet：我們在中國已經(jīng)有25年的歷史了，是第一家進(jìn)入中國的渦輪增壓系統制造商。在十年前，我們就決定在中國設立端到端的研發(fā)能力，并建設團隊、布置設施。不僅是應用，我們的整個(gè)材料、空氣動(dòng)力學(xué)、軸承、匹配、模擬計算、實(shí)驗等所有的都在中國做，因為我們認為從歐洲、美國開(kāi)發(fā)的產(chǎn)品不太適合中國的需求，要為中國市場(chǎng)開(kāi)發(fā)和生產(chǎn)有特別需求的產(chǎn)品，并且要跟上中國的發(fā)展速度。蓋瑞特目前在全球擁有13座貼近客戶(hù)的先進(jìn)制造工廠(chǎng)和5座研發(fā)中心，其中在中國設有上海和武漢兩家世界級先進(jìn)制造工廠(chǎng)，以及上海研發(fā)中心，工程研發(fā)團隊有200多人，具備端到端的研發(fā)設計、制造生產(chǎn)、工程能力和銷(xiāo)售服務(wù)能力。
在氫燃料電池汽車(chē)業(yè)務(wù)方面，現在我們的第一款產(chǎn)品已經(jīng)在中國經(jīng)過(guò)快速改型滿(mǎn)足了國內商用車(chē)的使用需求。未來(lái)針對中國市場(chǎng)，將在第一代的基礎繼續做本土化需求的研發(fā)，并建立當地的開(kāi)發(fā)能力。面向商用車(chē)和乘用車(chē)的不同需求，我們已經(jīng)制定出了第二代、第三代氫燃料汽車(chē)電動(dòng)空氣壓縮機的開(kāi)發(fā)路線(xiàn)，并將在中國加強本土研發(fā)以及本土化的生產(chǎn)制造。希望能夠通過(guò)技術(shù)變革解決行業(yè)、客戶(hù)以及終端消費者的痛點(diǎn)，從而對氫燃料汽車(chē)行業(yè)的發(fā)展起到促進(jìn)作用。
來(lái)源：汽車(chē)縱橫雜志社
網(wǎng)友評論
條評論
最新評論