“五九”第二天，中国北方各地已经适应了“冻彻心扉”的节奏，从黑龙江、内蒙古、甘肃到新疆，自东向西的数个省份及自治区的最低气温达到了-13°C到-40°C不等。
“老司机”们都知道，在寒冷的冬天开车出行要对车辆进行适当的“热身“或启动车辆后低速行驶，以确保发动机的正常工作。燃油车经过了上百年的发展，温度适应范围较为宽泛，低温性能相对较好。而对于氢燃料电池汽车而言，在低温环境下实现无损启动汽车，则成为了一道十足的技术门槛，同时它也是影响燃料电池汽车商业化的主要因素之一。
低温冷启动是指燃料电池汽车可在0℃以下的温度中成功启动并可将燃料电池内部温度迅速提升至70~80℃以满足正常运行的性能。
在燃料电池系统内，氢气进入氢电极（即阳极），在阳极催化剂的作用下，释放电子形成带正电荷的氢离子，氢离子穿过质子交换膜（PEM）到达阴极。在阴极，催化剂使氢离子与空气中的氧结合形成水。
燃料电池系统的工作原理（图片来源：网络）
气温一旦低于冰点，水就要结冰——这意味着，燃料电池的系统核心零部件电堆将直面冰冻，电堆膜电极上的催化剂及质子交换膜一旦被冰覆盖，燃料电池的启动反应性能就受到直接影响。如冷冻情况严重，燃料电池甚至会完全无法发生反应，并造成膜电极不可恢复性的损坏。
燃料电池系统的电堆和各部件的匹配能否满足低温启动的速度、发动机输出特性等要求，除了各部件本身的低温运行性能外，还需精细的控制策略。
凭借宽温域电堆设计和低温启动控制技术，重塑科技逐步攻克了提升低温下膜电极容冰能力，减少冷却腔容积及电堆整体的热容，以及提升冷启动期间电堆的排水能力，缩短吹扫时间等一系列挑战。公司的燃料电池系统在-30°C、近千米海拔高度通过了高寒恶劣环境的检验，印证了系统级的控制策略、电堆的材料和工艺所具备的卓越水平，以及商用车燃料电池系统的高可靠性设计方法。
2020年10月21日，搭载重塑科技燃料电池系统的15辆10.5米氢燃料公交车在吉林白城近-30°C的气温条件下投入运营，成为国内首批在超低温环境下运营的量产燃料电池公交车。
自2020 年起投入运营，白城燃料电池公交车经受住了零下 30℃极寒状态下如常启动的考验
从全球范围来看，氢燃料电池的冷启动技术得到了学术界、政府和行业的高度重视。无论北美、欧洲和亚洲，各国政府都在近十余年中陆续制定了相应的国家及行业标准。
以美国为例，早在2005年，美国能源部（The U.S. Department of Energy，简称DOE）就制定了第一个车用燃料电池低温冷启动目标，即于2010年实现在30秒内、-20℃的冷启动，并达到90%的额定功率 1。在历经多次修订之后，美国能源部要求至2020年实现在30秒内、-20℃条件下快速启动的基础上，增加了-30℃无辅助启动和-40℃辅助启动的功能要求 2。
基于政策规定、行业发展等情况，全球各大氢燃料电池技术供应商和汽车企业在过去长时间里对冷启动技术进行了深度的探索和研究，并取得了长足的进展，如搭载巴拉德燃料电池系统的公交车可以在北欧多个城市的极寒气候下顺畅运行，打造出多个-30°C冷启动的出色案例；丰田汽车于2017年公布了其氢燃料电池车“未来”（Mirai）在-18°C启动时取得的卓越的表现 3；现代汽车于2018年在瑞典北部小镇 Arjeplog进行了NEXO燃料电池电动汽车的冬季测试。凭借节能加热和通风技术，NEXO所搭载的燃料电池系统Kona电堆实现了-29°C的冷启动 4。
NEXO进行冬季测试（图片来源：现代汽车）
2020年9月16日，中国财政部、工业和信息化部、科技部、发展改革委和国家能源局公布了《关于开展燃料电池汽车示范应用的通知》，并在《燃料电池汽车城市群示范目标和积分评价体系》中明确了将-30℃的冷启动作为燃料电池系统技术的硬性门槛及关键指标之一 5。
在过去数年中，重塑科技研发中心工程师团队从满足客户需求及实际应用场景角度进行了一系列低温冷启动的正向开发，通过持续验证提出众多创新性的解决方案，积极探索冷启动应用策略。在一次又一次的试验数据中分析总结提出新的冷启动方案、持续优化冷启动性能。同时，研发团队还要考虑如何保证电堆性能表现，以及尽可能降低低温损伤。
搭载重塑科技燃料电池系统的燃料电池汽车通过了零下约30摄氏度、近千米海拔高的高寒恶劣环境检验
“简单来说，低温冷启动的核心是通过改变电堆操作点，最大化提升低温下电堆热效率，从而达到快速升温跨过冰点的目的。”重塑科技冷启动项目负责人表示，“低温启动成功的本质，在于保证电堆温度由零下升至0℃以前，阴极催化层的残留水结冰及启动过程中的产水结冰不会完全堵塞气体通道，从而反应能持续进行，直至电堆完成化冰。”
重塑科技研发团队成员以严谨高效、循序渐进的研发工作对冷启动技术进行了多个阶段的研究，最初通过试验确定-15°C~-20°C已经能够满足大部分氢燃料电池汽车的应用场景，继而首先进行-15°C条件下的冷启动电堆设计和功能开发。随后，在此基础上通过不同的宽温域电堆设计方案和低温启动控制策略，实现了在-30°C条件下，3分钟内完成从启动到达半载（即额定功率的50%）状态。
成功完成了千余次的低温启动试验，面向高寒环境的低温无损冷启动技术目前是支持重塑科技燃料电池系统长寿命的重要基石，也成就了重塑科技联合上海交通大学、同济大学、宇通客车、一汽集团、东风汽车5家单位共同完成“长寿命商用车燃料电池系统关键技术及产业化”项目，并荣膺2020年“中国汽车工业科学技术奖”一等奖。
重塑科技相信，科技每向前 小步，都在激发着氢能的巨大潜 ，将地球给予人类取之 尽的氢能资源，转化为氢电出行的驱动力，并沁入人们生活的日常点滴。凭借着在科技创新方面孜孜不倦的追求、深耕细作、国际领先的技术工艺，持续不断的研发投入以及所拥有的核心自主知识产权，重塑科技于2021年作为氢燃料电池行业唯一一家企业，荣膺国家工信部第六批制造业单项冠军荣誉称号。
备注：参考文件/资料
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