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摘要國內燃料電池整車企業(yè)在探索輕量化上已經邁出重要一步。
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汽車輕量化，是指在保證汽車強度、剛度和安全性能的前提下，盡可能降低整車裝備質量，從而提高動力，減少燃料消耗，增加經濟性。輕量化同樣適用于燃料電池汽車。

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

目前在國內整個燃料電池汽車產業(yè)鏈中著力推進燃料電池產品、進而推動燃料電池汽車輕量化的企業(yè)不在少數，且歸納來看普遍從四個方面入手：車載供氫系統(tǒng)輕量化、燃料電池發(fā)動機輕量化、燃料電池車輛底盤輕量化，以及通過研究與應用輕質材料實現(xiàn)輕量化。

燃料電池汽車輕量化意味著什么？

對燃料電池汽車實施輕量化，國內已經有多家研究機構及車企展開相應研究。典型事例有：今年1月，浙江清華長三角軍民協(xié)同創(chuàng)新研究院組織開發(fā)的國內首臺碳纖維復材輕量化氫能城市客車在浙江海鹽正式發(fā)布。該車通過碳纖維復材車身的正向設計和其他系統(tǒng)優(yōu)化配置，實現(xiàn)了車輛實測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，牽引車重10.7T，比同類產品輕3%以上。其他車企，如飛馳科技、吉利汽車、一汽大客、大運汽車、長城汽車、申龍客車等，也均公開表示在推進車輛的輕量化設計。

對燃油車來說，采用輕量化技術能使汽車兼具高效動力和杰出的燃油經濟性；對電動汽車來說，采用輕量化技術對增加續(xù)航里程有很大幫助。對燃料電池來說，采用輕量化技術又意味著什么，是否必須推進？

一方面，輕量化可使車輛的運載力更強勁，提升車輛的經濟效應。“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，一年下來這個經濟效益的差別就非常大了。國家示范推廣燃料電池車輛，這種經濟性上的差別是一定要從技術上克服的。”一家整車企業(yè)相關人士如是表示，輕量化能夠提高車輛運載能力，提升車輛的經濟性。

另一方面，當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)燃油車及電動汽車的燃料動力費，同時加氫的便利性也還有待完善。推進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，輕量化技術可以使車輛的續(xù)航里程更遠。

燃料電池汽車的輕量化，既是把控整車重量的技術革新，也是提高燃料電池汽車經濟性、推進燃料電池汽車規(guī)模化的必經之路。

四方面著手燃料電池車輛輕量化

整車重量對車輛的運載力、續(xù)航里程、適用性等有重要的影響。燃料電池汽車對輕量化也有需求。目前業(yè)界普遍在從發(fā)動機、車載供氫系統(tǒng)、底盤開發(fā)、輕質材料應用等4個路徑推進燃料電池汽車的輕量化。

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

“這個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，使用的零部件就會少。”一位燃料電池企業(yè)研發(fā)工作人員告訴高工氫電，當前行業(yè)企業(yè)電堆的體積功率密度2.5-5kW/L，日本NEDO提出到2040年的目標是將電堆的體積功率密度達到9kW/L，現(xiàn)在日本豐田，包括國內企業(yè)都在向這個目標沖刺。

而小體積，則指隨著系統(tǒng)開發(fā)的深入，企業(yè)會對很多功能器件進行重疊整合，通過集成化達到縮小系統(tǒng)體積的目的。比如雄韜氫雄聯(lián)合權威科研機構傾力打造國內頂尖的燃料電池一體化控制器產品、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)角度推進車輛輕量化的企業(yè)也不在少數。目前國內車載儲氫系統(tǒng)主要采用基于金屬內膽III型瓶的高壓氣態(tài)儲氫，這種儲氫瓶重量大而且占用空間，對拉貨有很大影響；而70MPa塑料內膽Ⅳ型瓶，儲氫密度最大，可長時間儲存，并且重量要輕。為推進氫能重卡的輕量化，已經有企業(yè)明確提出從搭載70MPa塑料內膽Ⅳ型瓶入手。

同時在車載供氫系統(tǒng)的設計上，目前市場上已有企業(yè)十堰東峻提出推出側掛式儲氫系統(tǒng)，該系統(tǒng)采用輕量化設計、全系統(tǒng)重量僅1000kg(雙側掛2*2*320L配置），比同類產品離地間隙更高，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：當前，國內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，同時設計對燃料電池汽車來說有不合理的地方。三一重工計劃從開發(fā)燃料電池汽車的專用底盤出發(fā)，推進車輛的輕量化。具體包括實現(xiàn)驅動電機的變革，將圓線電機變成扁線電機，使體積更小、成本更低；將驅動方式由集中式向分布式調整，簡化驅動系統(tǒng)，使動力性加強，經濟性更高，續(xù)航里程更長等。

“Nikola Two的底盤就是針對燃料電池專門設計的。國內整車企業(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品，是用來掙錢的產品。”宛朝輝表示。

4、推進輕質材料的研究與應用。燃料電池汽車的輕量化還涉及材料的選擇、材料結構的優(yōu)化。浙江海鹽正式發(fā)布的國內首臺碳纖維復材輕量化氫能城市客車，車廂采用的碳纖維復合材料技術，具有“更節(jié)能、更經濟、更安全、更舒適、長壽命、不腐蝕”六大優(yōu)勢，比金屬材料整車強度提高約10%，重量減輕約30%。

碳纖維復材具有高性能強度、耐磨、隔熱和耐腐蝕等優(yōu)點，車身采用這一材料可實現(xiàn)車身的輕量化。寶馬BMWi3是最先將碳纖維復材應用在車身上的車型，整車質量降為1.25噸。2021年，特斯拉Roadster電動派車，采用碳纖維復材車身后，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)在這一材料應用于燃料電池汽車，說明國內燃料電池整車企業(yè)在探索輕量化上已經邁出重要一步。

原標題：燃料電池汽車輕量化“法門”