2021泰达汽车论坛 | 上海氢晨易培云：大功率金属板电堆技术挑战与产业化

2021年9月3日-5日，由中国汽车技术研究中心有限公司、中国汽车工程学会、中国汽车工业协会、中国汽车报社联合主办，天津经济技术开发区管理委员会特别支持，日本汽车工业协会、德国汽车工业协会联合协办的第十七届中国汽车产业发展（泰达）国际论坛（以下简称泰达汽车论坛）于2021年9月3日-5日在天津市滨海新区召开。本届论坛围绕“融合•创新•绿色”的年度主题，聚焦行业热点话题展开研讨。

在9月5日08:30～10:00 热点聚焦：新示范政策引领下的燃料电池汽车产业化突破路径中，上海氢晨新能源科技有限公司总经理易培云发表了题为“大功率金属板电堆技术挑战与产业化”的主旨演讲。

上海氢晨新能源科技有限公司总经理  易培云

以下为演讲实录：

尊敬的各位领导和嘉宾大家上午好，刚才衣院士和王总都是行业的大咖。我作为一个后来者更多的是从技术层面跟大家做一个分享。我的题目是大功率金属板电堆技术挑战与产业化。

实际上前面也讲到了氢能是大的背景，学术界认为非化石能源是第四次革命，电堆类似于蒸汽机，内燃机是石油作为动力，燃料电池可以使风光太阳能作为动力。当前产业提到“双碳”，实际上碳达峰容易，碳中和难，因为经济发展总量上升，2030年我们估算会产生120到125亿吨碳排放， 2030年到130亿吨， 2060年只允许15亿吨排放。

氢作为一个重要的碳税，49吨的重卡目前是1元碳税，但是后面欧洲和美国也会加大对我们的要求，也就是说现在一辆重卡将来的碳税也是40多万，这是一个大的逻辑。燃料电池行业比锂电池难，我们需要关注加氢站、制储运加，还有光伏和风电，也需要解决电堆的问题。这个行业特别长，从电堆系统空压机包括电堆打开以后有碳纸等八大零部件，这些年有些进步，八大核心零部件大部分已经实现国产化。

第二块是技术挑战。这里面难处非常多，一个百千瓦级有400对双极板和膜电极串联叠装，在超过800个密封面上布置着1500米长的密封线。有1600加2800多个零件，尤其难是燃料电池是串联系统对可靠性要求非常高的，非常难控制。一个电堆大概1500米长，一个里面60平米的防腐室。归纳起来第一个是单节面积达到750平方厘米，第二个是叠装品数130到400节，第三个是效率，装配时间怎么样和发动机匹配做到几分钟。大功率电堆设计需要通过多学科跨尺度的联合仿真方法，这是电堆面临的最大挑战。试错成本很高，大部分需要靠计算，但计算很难，一个双极板一个流导是40微米，一个涂层大概20纳米，目前没有哪个软件可以从头到尾。另外它是跨学科的东西，需要把装配尺寸公差压力做好，这是机械固体力学的问题，需要把第1节和第400节做好进口和出口的压差均匀，这是一个流体力学的问题，电化学里面学问更多，交大有几十个博士在做。

实现产业化我认为核心的能耗，具体凝练成三个方面，第一个高可靠设计，第二个高一致的装配，第三个高效率的柔性产线。

第一个可靠设计方面需要大面积复杂流场设计，典型的多场耦合模型，这里面一个双极板有80个流道，需要做多场耦合仿真技术，通过一些可靠的设计可以提高15%的性能。

第二个是高可靠的密封。我认为比催化剂和涂层更重要，密封失效就是灾难，一旦密封失效就是漏水漏气，材料失效还可以用，如果密封失效是不可预见的。这里面有很多的微观失效的机理。包括力的设计，在装配过程中，受的压不一样，尤其在振动和滑移的情况下，振动或者是气温的变化都会产生不利影响。还有就是公差，这么多零件在一起如何保证零件的吻合，膜电极和电极板都需要尺寸的概念，有了尺寸以后要分析尺寸的传递，要分析尺寸的相互影响，最后再作出一个总的高度设计。另外就是偏差的描述，任何一个零件都有偏差，包括双极板和膜电极。目前氢也做不到随便装，还需要做筛选，这样的筛选可以做到现有的产能情况下提高质量。还有层叠结果过程中，定位误差分析是一个柔性件，我们做了大量的空间矩阵，从学术来讲，叫刚柔耦合的模型。我们提出了一面六杆的变形补偿。如何做到振动和冷热交替在冬天和夏天的情况下，保证压力的均匀和碳的压缩量，将400节的偏差降到了20以内。

第三块是高效的柔性制造，其实当前行业产能几十万太我认为做不到，做到万台就可以了，因为当前示范城市需求大概只有4000多台，大批量也可以做，包括部件的快速检测和精度都可以另外在可抓取放置的情况下，可以通过二维码的识别和机械手的识别，还有一些机器人的堆垛技术做到了自动化的生产， 一个电堆可以做到20分钟以内。

最后介绍一下氢晨公司，2017年注册，2019年运营，我们在临港地区，吸引了大量的龙头企业，包括康明斯，嘉资等企业，我们的氢产定位很清晰：只做电堆，使命是上下游共同合作，最终使燃料电池和发动机的体积成本和寿命相当，当然目前还是无法和发动机相比。目前来说我们做的大功率的80千瓦以上，从80千瓦到150千瓦的电池，80千瓦电池可以用作公交物流，120千瓦可以用作通勤车乘用车。举个例子，去年有一个电堆的低温存储低温启动防水防尘都可以达到标准。电堆的开发很困难，尤其刚才提到的样机，将样机放大也是未来的希望，尤其在国内的整车厂大功率系统已经做到了批量化的应用，尤其在重卡方面东峰、福田、大运等企业和公交车、环卫车、一些SUV项目都在用我们的电堆。

最后介绍一下我们临港自贸区的氢产业园，第一个加氢站已经投入了使用，也希望各位领导和朋友到临港区去指导。