“五九”第二天，中國北方各地已經适應了“凍徹心扉”的節奏，從黑龍江、内蒙古、甘肅到新疆，自東向西的數個省份及自治區的最低氣溫達到了-13°C到-40°C不等。
“老司機”們都知道，在寒冷的冬天開車出行要對車輛進行适當的“熱身“或啟動車輛後低速行駛，以確定發動機的正常工作。燃油車經過了上百年的發展，溫度适應範圍較為寬泛，低溫性能相對較好。而對于氫燃料電池汽車而言，在低溫環境下實作無損啟動汽車，則成為了一道十足的技術門檻，同時它也是影響燃料電池汽車商業化的主要因素之一。
低溫冷啟動是指燃料電池汽車可在0℃以下的溫度中成功啟動并可将燃料電池内部溫度迅速提升至70~80℃以滿足正常運作的性能。
在燃料電池系統内，氫氣進入氫電極（即陽極），在陽極催化劑的作用下，釋放電子形成帶正電荷的氫離子，氫離子穿過質子交換膜（PEM）到達陰極。在陰極，催化劑使氫離子與空氣中的氧結合形成水。
燃料電池系統的工作原理（圖檔來源：網絡）
氣溫一旦低于冰點，水就要結冰——這意味着，燃料電池的系統核心零部件電堆将直面冰凍，電堆膜電極上的催化劑及質子交換膜一旦被冰覆寫，燃料電池的啟動反應性能就受到直接影響。如冷凍情況嚴重，燃料電池甚至會完全無法發生反應，并造成膜電極不可恢複性的損壞。
燃料電池系統的電堆和各部件的比對能否滿足低溫啟動的速度、發動機輸出特性等要求，除了各部件本身的低溫運作性能外，還需精細的控制政策。
憑借寬溫域電堆設計和低溫啟動控制技術，重塑科技逐漸攻克了提升低溫下膜電極容冰能力，減少冷卻腔容積及電堆整體的熱容，以及提升冷啟動期間電堆的排水能力，縮短吹掃時間等一系列挑戰。公司的燃料電池系統在-30°C、近千米海拔高度通過了高寒惡劣環境的檢驗，印證了系統級的控制政策、電堆的材料和工藝所具備的卓越水準，以及商用車燃料電池系統的高可靠性設計方法。
2020年10月21日，搭載重塑科技燃料電池系統的15輛10.5米氫燃料公共汽車在吉林白城近-30°C的氣溫條件下投入營運，成為國内首批在超低溫環境下營運的量産燃料電池公共汽車。
自2020 年起投入營運，白城燃料電池公共汽車經受住了零下 30℃極寒狀态下如常啟動的考驗
從全球範圍來看，氫燃料電池的冷啟動技術得到了學術界、政府和行業的高度重視。無論北美、歐洲和亞洲，各國政府都在近十餘年中陸續制定了相應的國家及行業标準。
以美國為例，早在2005年，美國能源部（The U.S. Department of Energy，簡稱DOE）就制定了第一個車用燃料電池低溫冷啟動目标，即于2010年實作在30秒内、-20℃的冷啟動，并達到90%的額定功率 1。在曆經多次修訂之後，美國能源部要求至2020年實作在30秒内、-20℃條件下快速啟動的基礎上，增加了-30℃無輔助啟動和-40℃輔助啟動的功能要求 2。
基于政策規定、行業發展等情況，全球各大氫燃料電池技術供應商和汽車企業在過去長時間裡對冷啟動技術進行了深度的探索和研究，并取得了長足的進展，如搭載巴拉德燃料電池系統的公共汽車可以在北歐多個城市的極寒氣候下順暢運作，打造出多個-30°C冷啟動的出色案例；豐田汽車于2017年公布了其氫燃料電池車“未來”（Mirai）在-18°C啟動時取得的卓越的表現 3；現代汽車于2018年在瑞典北部小鎮 Arjeplog進行了NEXO燃料電池電動汽車的冬季測試。憑借節能加熱和通風技術，NEXO所搭載的燃料電池系統Kona電堆實作了-29°C的冷啟動 4。
NEXO進行冬季測試（圖檔來源：現代汽車）
2020年9月16日，中國财政部、工業和資訊化部、科技部、發展改革委和國家能源局公布了《關于開展燃料電池汽車示範應用的通知》，并在《燃料電池汽車城市群示範目标和積分評價體系》中明确了将-30℃的冷啟動作為燃料電池系統技術的硬性門檻及關鍵名額之一 5。
在過去數年中，重塑科技研發中心工程師團隊從滿足客戶需求及實際應用場景角度進行了一系列低溫冷啟動的正向開發，通過持續驗證提出衆多創新性的解決方案，積極探索冷啟動應用政策。在一次又一次的試驗資料中分析總結提出新的冷啟動方案、持續優化冷啟動性能。同時，研發團隊還要考慮如何保證電堆性能表現，以及盡可能降低低溫損傷。
搭載重塑科技燃料電池系統的燃料電池汽車通過了零下約30攝氏度、近千米海拔高的高寒惡劣環境檢驗
“簡單來說，低溫冷啟動的核心是通過改變電堆操作點，最大化提升低溫下電堆熱效率，進而達到快速升溫跨過冰點的目的。”重塑科技冷啟動項目負責人表示，“低溫啟動成功的本質，在于保證電堆溫度由零下升至0℃以前，陰極催化層的殘留水結冰及啟動過程中的産水結冰不會完全堵塞氣體通道，進而反應能持續進行，直至電堆完成化冰。”
重塑科技研發團隊成員以嚴謹高效、循序漸進的研發工作對冷啟動技術進行了多個階段的研究，最初通過試驗确定-15°C~-20°C已經能夠滿足大部分氫燃料電池汽車的應用場景，繼而首先進行-15°C條件下的冷啟動電堆設計和功能開發。随後，在此基礎上通過不同的寬溫域電堆設計方案和低溫啟動控制政策，實作了在-30°C條件下，3分鐘内完成從啟動到達半載（即額定功率的50%）狀态。
成功完成了千餘次的低溫啟動試驗，面向高寒環境的低溫無損冷啟動技術目前是支援重塑科技燃料電池系統長壽命的重要基石，也成就了重塑科技聯合上海交通大學、同濟大學、宇通客車、一汽集團、東風汽車5家機關共同完成“長壽命商用車燃料電池系統關鍵技術及産業化”項目，并榮膺2020年“中國汽車工業科學技術獎”一等獎。
重塑科技相信，科技每向前 小步，都在激發着氫能的巨大潛 ，将地球給予人類取之 盡的氫能資源，轉化為氫電出行的驅動力，并沁入人們生活的日常點滴。憑借着在科技創新方面孜孜不倦的追求、深耕細作、國際領先的技術工藝，持續不斷的研發投入以及所擁有的核心自主知識産權，重塑科技于2021年作為氫燃料電池行業唯一一家企業，榮膺國家工信部第六批制造業單項冠軍榮譽稱号。
備注：參考檔案/資料
1.https://www.hydrogen.energy.gov/pdfs/progress05/vii_h_9_pesaran.pdf
2.https://www.energy.gov/eere/fuelcells/doe-technical-targets-fuel-cell-systems-and-stacks-transportation-applications
3.https://publications.anl.gov/anlpubs/2018/06/144774.pdf
4.https://www.hyundai.news/eu/models/electrified/nexo/press-kit/all-new-hyundai-nexo-driving-performance.html
5.http://www.gov.cn/zhengce/zhengceku/2020-10/22/content_5553246.htm