北京2022年冬奥会、冬残奥会期间，一辆辆氢燃料电池大巴平稳地穿梭在冬奥村和各场馆间，成为赛场之外的一道靓丽风景。行走在高海拔的冰天雪地间，这些接驳能手率先在国际上完成了燃料电池客车在寒区的商业化示范，也交上了奥运史上最优异的减碳“成绩单”——赛事期间，北京、延庆、张家口三大赛区累计投放氢燃料电池接驳车辆1200台，累计运行里程375余万千米，累计减碳超过270万千克。
一年多过去，越来越多拥有“减碳内核”的氢能源汽车驶出赛场，在公交、物流、环卫、牵引等领域一展身手。
北京冬奥会上使用的氢燃料电池大巴，64%搭载了北京亿华通科技股份有限公司研发的氢燃料电池系统，运营里程占比81%，减碳占比85%。背后，是这家公司持续十年的技术积累以及从无到有的突破创新。“下一步，我们将以先进的氢燃料电池技术为切入点，为中国实现碳达峰、碳中和目标作出应有的贡献，同时成为全球氢燃料电池技术的引领者。”对此，亿华通董事长、执行董事兼总经理张国强信心满满。
破解“国际难题”
2021年11月8日，距离北京冬奥会开幕不足百天。在张家口市崇礼区，一场纷纷扬扬的大雪飘落，城市银装素裹。人们纷纷举起手机，将这片悠然意境收入镜头。亿华通系统电控高级经理赵兴旺却无暇欣赏这一美景，他带领团队成员忙着将10余款样车运到崇礼的验证场——早在几天前，他们就瞄准了这场大雪，准备赶在北京冬奥会开幕前，让新研发的系统来一场实景演练。
这一天，距离公司启动冬奥项目研发已经过去了将近两年。
“冬奥会使用的车辆必须是零排放。当时有两个方案成为备选，一个是纯电动汽车，一个是氢燃料电池汽车。”该公司副总经理李飞强说，冬奥赛区天气寒冷，最冷时气温可低至零下30多摄氏度，这使得低温环境下充电慢、续航里程短的纯电动汽车无奈出局。然而，对于胜出的氢燃料电池汽车来说，低温下电池系统的快速启动是一个国际难题。
李飞强口中的“国际难题”，与氢燃料电池系统中一个名为“双极板”的零件有关，它是电池系统的“心脏”——电堆的组成部分之一。双极板的不同材料让氢燃料电池汽车的发展分成了两个不同技术路线：石墨板技术路线和金属板技术路线。两个技术路线各有优劣：金属板耐腐蚀性不好，寿命相对短，没法满足冬奥会后延期服役的要求，但比热容小，启动时不需要太多的热量；而石墨板虽然耐腐蚀，但是比热容大，低温条件下的快速启动困扰着国内外同行。“最早期的燃料电池甚至就不允许低温启动后的运行，因为运行过程中，氢气和氧气反应产生的水如果不能及时排出来，会在低温下结冰，对设备造成损伤。”
放眼国际，行业内的头部企业对此也没有完美的解决方案。五年前有国际同行就明确表示，其生产的产品只能在零摄氏度以上运行，如果电堆内部的温度传感器检测到曾在零摄氏度以下被使用，该车辆就不能享受质保服务。还有的国外公司采用从外部借力：通过外接电线为启动时的氢燃料电池汽车加热。然而，多出来的操作步骤，也并不能让启动所需要的时间短到尽如人意。
一定还有更好的解决方案！
赵兴旺带领的年轻团队开始了技术攻关。在深入剖析了系统运行原理之后，团队决定让系统自力更生。他们从控制技术入手，使低温下刚开始反应的氢气和氧气多产热、少产电，待120秒内完成加热后再发电。核心逻辑是使相关的几十个参数实现最佳配合。
优化参数、设计方案、试验验证、推倒重来……赵兴旺和团队似乎陷入了无限循环。过程枯燥，但队员们也能苦中作乐。“第一次感受到喷气结冰是什么滋味儿。”赵兴旺笑着回忆，对低温环境下的技术进行验证，自然离不开低温舱。发动机在零下30摄氏度的低温舱里冷冻一夜之后，技术人员在上班后开始进行相关验证。虽然大部分的工作在低温舱外就能完成，但是遇到更换硬件、排查故障时，还是得有人进到舱里。验证开始时正值8月，一有问题，身穿短袖的队员就要第一时间套上厚厚的军大衣，帽子、手套全副武装，在炎炎夏日感受常人无法感受到的“清凉”。
3个多月过去，转眼进入到最后演练环节。时间拉回到2021年11月8日，到达崇礼的当晚，赵兴旺脑子中还在不断盘算着各种技术细节，虽然做了充足准备，但是面对这未曾有人交卷的领域，他的内心难免忐忑。9日凌晨不到5时，正是一天当中最冷的时段，赵兴旺和团队摸黑儿赶到了试验场。在进行排查时，赵兴旺发现，冷冻一夜的汽车上，氢气压力传感器的反馈信号出现了偏移，这意味着，用户无法准确掌握氢气的用量。团队紧急行动，在雪中开展了3轮测试标定，最终获得了准确的温度影响曲线，为冬奥会期间氢燃料电池汽车的零故障表现奠定了基础。
普通市民享受冬奥成果
每天凌晨4时，延庆区京张路口北公交站，一辆辆浅绿色的919快线公交车从站台缓缓驶出，行驶约80千米后，最终抵达终点站德胜门。
与其他线路的车型相比，919快线使用的公交车显得更为高大，让它与众不同的还有车身上“FCEV”的标记，显示着其“燃料电池汽车”的身份——2022年7月22日，212辆曾经服务过北京冬奥会的氢能源汽车经“公交化”改造后重新上路，成为本市首批常态化运营的氢能源公交车。
记者日前来到德胜门站，古老的灰色箭楼旁，往来穿梭的浅绿汽车倍显活力。“在冬奥会服役时，因为要腾出空间放置运动员的雪橇雪板，车上的座位没有这么多。”一踏上919快线车，北京公交集团客八分公司科技信息部副经理汪大维就打开了话匣子，他指着车辆后排的座椅接着介绍，“将这些拆除的座椅复位后，整辆车可搭载乘客50人。”这些经历冬奥考验的车辆在保持其卓越性能的同时，也从乘客出发，在各个细节上进行了升级改造：遮阳帘、刷卡机……最大的变化体现在驾驶室里：前窗一角一个圆圆的摄像头捕捉着驾驶员的一举一动，当驾驶员出现异常行为时，系统会自动报警提示并上传到管理系统，以便管理人员在后台监控。车辆正前方配备的道路预警装置能对路况进行实时研判，并为驾驶员提供驾驶指导。“这些电子设备都是第一次在公交车上启用，未来我们将视运行情况在更大范围内推广。”
硬件升级的同时，人员的培训也在第一时间跟上。汪大维说，所有919快线的驾驶员都接受了培训，掌握氢能的有关知识，进行氢能源泄漏等紧急预案的演练。正式投入运营前，所有驾驶员还进行了空车演练，适应操作流程和驾驶视野。
场站里，开了13年公交车的驾驶员李彦斌正细细检查着车辆，为再次出发做准备。冬奥会期间，他就曾开着这款车负责延庆赛区运动员和媒体记者的接驳。“对于我们老司机来说，这车上手并不难。”有机会把车从冬奥会开回自己熟悉的工作岗位，他的语气中难掩激动，“没有噪音，起步特别平稳，视野也好。”李彦斌第一次开着这车上路就感觉到了不一样。“爬坡的时候感觉特别有劲儿。以前一进山，开到40多迈，就感觉跑不动了。现在不管是平路山路，都感觉动力源源不断。”加氢的简单操作更是减少了他的后顾之忧。“跟日常加油差不多。”李彦斌说，打开车身侧面的小盖子，插入加氢枪，15到20分钟就能把车加满。“我一天差不多跑两个来回，一次加满的氢气一天用不完。”
下午4时左右，前往延庆的乘客正有序上车。“让我们普通市民也能享受到冬奥成果，是一件特别有意义的事情。”乘客马女士家住延庆，经常乘坐919快线进城办事，她最大的感受是更舒服了。“之前坐在车上总是隐隐约约地能听到噪音，想睡会儿都睡不踏实；但是这车特安静，往返途中能踏实补个觉。”也有乘客为车优良的“减碳”表现点赞，“零排放，零污染，真正实现了绿色出行。”
汪大维说，客八分公司共接收了169辆氢能源客车，除了安排在919快线外，还有55辆车分配在延庆区域公交线路。据统计，从投入运营到今年1月，169辆氢燃料车共计行驶超过624万千米，同比减少二氧化碳排放约542.4万千克。
奔驰在路上，绿色大巴继续守卫着首都的蓝天白云。
注入更多国产基因
2022年3月3日，大兴区百利威物流园里一片热闹。崭新的红地毯两侧，100台福田智蓝4.5吨氢燃料电池冷藏车气宇轩昂，车头系着大红花，正蓄势待发——它们是全国最大批量用于商业运营的氢能冷链物流车辆，预示着冷链物流开始进入氢能时代。相比柴油车，这批氢燃料电池冷藏车的投用每年可减少300万千克的碳排放。
“物流业使用新能源车是首都发展的新要求。电动冷藏车为了满足夏天物流的保鲜要求，在低温运行时需要耗费大量的电，使其运行里程受到很大限制。”李飞强说，氢燃料电池车则免除了这一困扰，以北京投入使用的这批产品为例，加氢时间小于5分钟，行驶里程可达约400千米，完全能够保障车辆的出勤率和物流使用需求。
——这并不是亿华通的唯一作品。北京冬奥会之后，亿华通不断拓展新的应用场景，新一代产品不断亮相，惊艳市场。
2022年8月26日，世界新能源汽车大会上，一台氢燃料电池重型卡车格外引人注目。吸引人的除了它庞大的体型，还有它低碳的内核——这款长续航、高功率的重卡，搭载了亿华通研发的全球首款240千瓦氢燃料电池发动机，成为亿华通新一代产品的最佳代表。
与上一代的“冬奥产品”相比，新一代产品不仅继承了低温快速启动的优良表现，同时被写入了更多的国产基因，并被赋予了更长久的使用寿命。“我们产品的国产化经历了‘由表及里’的过程。从整车的动力系统到燃料电池系统，再推进到电堆以及电堆的核心零部件。”李飞强说，“冬奥产品”作为公司的第二代产品，已经实现了双极板和膜电极以外的电堆组件的国产化；到了第三代，公司的目标是实现双极板和膜电极的“中国造”。
这次挑大梁的是公司电堆技术高级经理徐云飞。“系统的设计参数与材料选择密切相关。因此，我们选择了‘两条腿’走路：提高电堆国产化比例与优化电堆表现同步推进。”徐云飞说，这意味着，他们要同时啃下两块“硬骨头”。
精益求精，永无止境。“从膜电极和双极板的设计入手，我们先后制定了很多轮的优化方案。其中，双极板大概迭代了40多轮，膜电极优化了将近10轮。”黎明前的艰难摸索，徐云飞至今历历在目。实现核心部件的国产化，首先要找到合适的材料。为此，团队遍访原材料的供应商，一开始的测试结果却让他们心灰意冷。
没有捷径。团队把用在自己身上的狠劲儿和韧劲儿拿了出来，“逼”着供应商从源头一点点优化，纯度、平整度、均匀度……每个指标都细细打磨。很多时候，供应商都抱怨“已经到了极限”，而团队的回应永远是“还能不能更好一点儿”。
选材只是漫漫征程的第一步，挡在他们前面的最大难题是“水平衡”。徐云飞解释，对于氢燃料电池的发动机来说，水的存在很微妙：一方面，在电堆内部，质子交换膜需要一定量的水来维持质子的传导；而另一方面，水量太多，会影响氢气、氧气的传输。业内认为，如何寻找到最佳平衡点是提高电堆寿命、优化电堆表现的关键；而电堆的表现直接影响了发动机的使用寿命，因而破解“水平衡”难题也成了国内外争相攀登的技术高峰。
最难的是要想出办法将燃料电池里水的状态表征出来。“时间紧、任务重，我们团队很多人直接住进了公司。”徐云飞说，最初几次的失败让团队一度动摇，对能不能办到产生怀疑。等到后来把失败当成了家常便饭，再面对“差些火候”的仿真模拟结果时，大家心态平和了很多。“最多冷静10分钟，有的出去透透气，溜达一圈，便又干劲儿满满。”徐云飞说，自己常被同事们的执着劲儿感动，“团队20多人基本24小时待命，凌晨3时发出的邮件可能十几分钟后就收到了回复。”
一次次的失败铺就了通向成功的道路。通过文献调研、试验验证，团队采用的交流阻抗、综合热管理等自主集成技术最终研发成功，实现了氢燃料电池发动机氢、空、水、热、电等内部系统高效协同控制，使得电堆的使用寿命比之前提高了60%。
然而，这并不是技术创新的终点。瞄准质子交换膜国产化的最新一代产品已在酝酿测试中，“作为国内氢燃料电池研发与产业化领军企业，让世界看到中国产品的魅力，我们责无旁贷。”李飞强说。
多知一点 解密氢燃料电池汽车
氢燃料电池汽车是指搭载有氢燃料电池发动机的汽车，其基本工作原理是氢气、氧气发生电化学反应，输出水、电、热，全过程不会产生任何的污染物和碳排放。氢燃料电池发动机的零部件主要有质子交换膜、双极板、碳纸、催化剂涂覆膜、空压机、氢气循环泵、膜电极等。
其中，质子交换膜为质子的迁移和输送提供通道，使质子经过膜从阳极到达阴极，与外电路的电子转移构成回路，向外界提供电流，因此，质子交换膜性能的好坏直接影响电池的使用寿命。膜电极、碳纸、催化剂这三个零部件的作用是将燃料气体的化学能转化为电能。双极板被称为燃料电池电堆的“骨架”，主要作用是提供氢气、氧气和冷却液流体通道。如果说氢气是燃料电池的“血液”，氢气循环系统就是“强心肌”，可以保障“血液”上下流通。
