2020年10月15日，2020 氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展創(chuàng)新峰會(huì)在山東省濟(jì)南市召開(kāi)。本次峰會(huì)由中國(guó)電動(dòng)汽車(chē)百人會(huì)、Hydrogen Council（國(guó)際氫能委員會(huì)）和山東省工業(yè)和信息化廳主辦，以“引領(lǐng)氫能示范應(yīng)用·推進(jìn)黃河流域高質(zhì)量發(fā)展”為主題，主要圍繞“氫能應(yīng)用場(chǎng)景與商業(yè)化路徑”、“關(guān)鍵技術(shù)、標(biāo)準(zhǔn)與安全”和“面向未來(lái)的氫能供應(yīng)體系”等三個(gè)方面進(jìn)行深入探討。 在本次峰會(huì)中，上海氫晨新能源科技有限公司總經(jīng)理易培云發(fā)表了題為《大功率金屬板電堆技術(shù)挑戰(zhàn)與產(chǎn)業(yè)化》的精彩演講。

上海氫晨新能源科技有限公司總經(jīng)理易培云

其主要觀點(diǎn)如下：

1、 上海氫晨的第一條生產(chǎn)線在上海臨港自貿(mào)區(qū)，目前產(chǎn)線是2千臺(tái)，我們希望明年做到1萬(wàn)臺(tái)，后年做到2萬(wàn)臺(tái)。

2、 實(shí)際上電堆主要有兩大趨勢(shì)：一大是石墨雙極板，另外一個(gè)是金屬雙極板，這兩個(gè)方面各有自己的優(yōu)勢(shì)，也各有自己的應(yīng)用場(chǎng)景，金屬板電極在技術(shù)上做了突破之后優(yōu)勢(shì)比較明顯。如果按照規(guī)劃2030年200萬(wàn)輛車(chē)的話，中國(guó)就需要8億片的雙極板，如果雙極板制造問(wèn)題不解決，將來(lái)會(huì)成為它的瓶頸。

以下內(nèi)容為現(xiàn)場(chǎng)演講實(shí)錄：

剛才盧總從上汽包括從燃料電池電池做了一個(gè)非常透徹的分析， 我從技術(shù)方面，講一下大功率金屬板電堆產(chǎn)業(yè)化，我本身是上海交大教授，我更多地從技術(shù)層面講。

我講的三個(gè)方面，第一是大功率電堆的歷史機(jī)遇。第二大功率電堆的技術(shù)挑戰(zhàn)到底在什么地方？第三上海氫晨做的初步的探索。

通過(guò)這一次補(bǔ)貼政策的出臺(tái)，也非常的明確，重點(diǎn)就是支持中遠(yuǎn)途，包括公交車(chē)、物流車(chē)、重卡車(chē)，這個(gè)政策也做了一個(gè)研讀，從功率等級(jí)做了145千瓦他拿的補(bǔ)貼比較高，這里面有一個(gè)算法。

實(shí)際上現(xiàn)在電堆主要有兩大趨勢(shì)。一大是石墨雙極板，另外一個(gè)是金屬雙極板，這兩個(gè)方面各有自己的優(yōu)勢(shì)，也各有自己的應(yīng)用場(chǎng)景，從我們上海交大之后從重壓、焊接、涂裝、裝配。實(shí)際上金屬板電極在技術(shù)上做了突破的之后這個(gè)優(yōu)勢(shì)比較明顯。如果按照規(guī)劃2030年200萬(wàn)輛車(chē)的話，中國(guó)就需要8億片的雙極板，如果雙極板制造不解決這個(gè)問(wèn)題，將來(lái)會(huì)成為它的瓶頸。所以我們認(rèn)為這條路線比較適合商用化，因?yàn)槭遣捎迷燔?chē)的工藝來(lái)做。

現(xiàn)在國(guó)際主流的造車(chē)用金屬雙極板也開(kāi)始推，包括豐田、尼古拉走的都是金屬雙極板的角度。剛才盧總也從比較高的角度講了，怎么樣來(lái)實(shí)現(xiàn)高精度的裝配最后實(shí)現(xiàn)低成本的制造？這里面有原理圖里面非常的復(fù)雜，那么它里面而且是一個(gè)串聯(lián)系統(tǒng)，任何一個(gè)部件做不好就會(huì)影響他的性能，我們說(shuō)膜做不好，密封做不好都會(huì)產(chǎn)生很大影響。所以這里面是一個(gè)多學(xué)科多尺度的問(wèn)題。

所以剛剛盧總也講過(guò)這個(gè)設(shè)計(jì)思路，實(shí)際上這個(gè)路面電堆因?yàn)殡姸咽且粋€(gè)核心的部件，就是它人體的心臟。心臟好不好，首先整個(gè)人體能不能理解透，就像中醫(yī)一樣，為什么它能治病，就是因?yàn)樗麑?duì)人很了解。我們車(chē)其實(shí)每個(gè)車(chē)的場(chǎng)景是不一樣的商用車(chē)礦產(chǎn)車(chē)都不一樣，就在于電堆好不好，就在于你對(duì)于這個(gè)場(chǎng)景理解的透不透徹。

你理解了之后，怎么樣才能達(dá)到這也是我的核心技術(shù)，從材料、部件、到電堆設(shè)計(jì)，要能滿足設(shè)計(jì)要求，我們說(shuō)的催化劑。碳紙、膜、密封包括圖層，所以這是電堆開(kāi)發(fā)深層次的邏輯，電堆的開(kāi)發(fā)并不是買(mǎi)一塊電極板賣(mài)一個(gè)膜這個(gè)肯定不行這個(gè)能發(fā)電，但是穩(wěn)不穩(wěn)定可不可靠這個(gè)就跟電堆非常關(guān)系。

這里面的設(shè)計(jì)里面，在這個(gè)圖里面，我們學(xué)校里面有20多個(gè)博士在里面，就是做一個(gè)多學(xué)科跨區(qū)域的仿真，一塊大半在100×400毫米，到一個(gè)圖層200納米所以這個(gè)尺度跨的非常大，目前來(lái)講，全世界沒(méi)有一個(gè)軟件把數(shù)據(jù)輸入進(jìn)去，電極就出來(lái)，這是不可能，必須要進(jìn)行分段設(shè)計(jì)這是一個(gè)跨尺度問(wèn)題。

另外它是一個(gè)多學(xué)科問(wèn)題，因?yàn)樗婕暗綑C(jī)械包括之工程熱力學(xué)，化學(xué)、材料學(xué)等等，因?yàn)槟阋央姸言O(shè)計(jì)的裝配可靠，你要設(shè)計(jì)短板這屬于固體力學(xué)設(shè)計(jì)東西。你要把進(jìn)口和出口溫度差控的很均勻，需要大量的流體的仿真，更難的是化學(xué)里面是電解和腐蝕的過(guò)程，你的材料是什么樣的一個(gè)腐蝕過(guò)程肉眼看不見(jiàn)，所以我們要做大量的分子動(dòng)力學(xué)。舉一個(gè)簡(jiǎn)單的例子，我們要做涂層，你把這個(gè)打出來(lái)也不管事，比如說(shuō)組合起來(lái)，有些組合又不耐濕又不導(dǎo)電，所以我個(gè)人認(rèn)為作為交大的多學(xué)科的交叉，重點(diǎn)在于設(shè)計(jì)手段。在我們公司里面我們目前固化出來(lái)的設(shè)計(jì)的流程，仿真到了這個(gè)點(diǎn)就可以往下一步走。

實(shí)際上具體到流場(chǎng)設(shè)計(jì)，因?yàn)榉纸馔曛?，我就知道你的流?chǎng)進(jìn)出口溫差是多少，這些分解完之后可以做大量的計(jì)算，通過(guò)仿真的計(jì)算，進(jìn)口流出怎么分配，怎么分到80-100個(gè)流道這是第一個(gè)。

第二個(gè)在長(zhǎng)度方向上面，怎么保證進(jìn)出和出口，包括傳制排水和排熱都比較均勻，最終可以設(shè)計(jì)出一種新型的wavy  cross流場(chǎng)，通過(guò)強(qiáng)制的傳輸能夠?qū)崿F(xiàn)三維流場(chǎng)的性能，這是我們將來(lái)降本的重要路徑。

下面是電堆有400個(gè)電堆板還有800個(gè)密封圈，你怎么保證分配軍隊(duì)，這里面涉及到空氣、還有冷卻水，一不小心就導(dǎo)致不平均，通過(guò)這樣的一種仿真模型，能夠把它均勻的分配解決掉。

很多人在問(wèn)我，能不能做到？能不能做到200千瓦、300千瓦，也可以做，只是現(xiàn)在沒(méi)有必要再做，再做的話，你的裝壓泵都會(huì)出現(xiàn)問(wèn)題。在18噸到32噸這種場(chǎng)景一個(gè)電堆就夠了，40噸重卡要做到200千瓦的系統(tǒng)基本上用兩個(gè)電堆，30噸以下一個(gè)電堆一套系統(tǒng)就夠了。

另外，沒(méi)有一個(gè)電堆適合所有的場(chǎng)景，對(duì)于乘用車(chē)要求的動(dòng)力性，但是對(duì)于商業(yè)用車(chē)更重要的是效率，我們要省錢(qián)，哪怕100公里能夠省一塊錢(qián)也是一個(gè)好事，因?yàn)閷?duì)于運(yùn)輸行業(yè)利潤(rùn)非常薄基本上在5%以下，所以每個(gè)場(chǎng)景車(chē)是不一樣，電極設(shè)計(jì)不一樣，工作點(diǎn)選擇就不一樣這是我們?cè)O(shè)計(jì)邏輯。

另外我為什么單獨(dú)把密封拿出來(lái)，因?yàn)椴牧鲜且粋€(gè)逐步的衰減過(guò)程，圖層衰減是可以看到的，密封的衰減甚至就可以漏氣、漏水，這種整個(gè)電堆就失效，所以電堆的高可靠的密封非常難，中間是一個(gè)串聯(lián)系統(tǒng)，這就導(dǎo)致可靠性要求非常高。所以我們要設(shè)計(jì)這個(gè)密封，首先要理解它的基層泄露到底是什么，到底是密封圈本身的泄露，還是和極板之間的粗糙度的問(wèn)題，這里面我們要做大量的計(jì)算。

就是說(shuō)在這么多裝配過(guò)程中誤差是不可避免的，我們密封圈的誤差，在我們汽車(chē)制造領(lǐng)域是不可避免的，怎么樣控制誤差，怎么樣設(shè)計(jì)這個(gè)誤差？

舉一個(gè)例子，就是我們的車(chē)不能讓車(chē)造到最后，車(chē)窗和車(chē)門(mén)裝不上，就是在設(shè)計(jì)上把容差設(shè)計(jì)到這里面去，通過(guò)通過(guò)每個(gè)零部件，不能硬要往里面壓，包括密封采用什么樣的結(jié)構(gòu)，采用的方型、T型、圓形的還是O型的都不一樣，包括在裝配出現(xiàn)誤差的時(shí)候，包括對(duì)可靠性的影響這個(gè)重點(diǎn)也要去考慮。

另外在這么多零件裝在一起的時(shí)候，怎么樣設(shè)計(jì)容差，在汽車(chē)領(lǐng)域叫“容差分配”，這個(gè)“容差分配”設(shè)計(jì)好，才能平衡，這個(gè)電堆是非常的平，片和片之間的是正負(fù)0.1，總共裝到400片是0.5以內(nèi)，這通過(guò)機(jī)械制造來(lái)控制。

另外，最終我們走上一個(gè)大批量制造，除了批量還得要智能，這個(gè)我們倒不是要去蹭人點(diǎn)，這個(gè)里面有很多智能制造的生產(chǎn)線這個(gè)邏輯就是，所有的零部件都有誤差，所有的成本都有不同。所以我們?cè)诿恳粔K的雙極板都有二維碼這個(gè)定位孔的偏差是多少，這邊的膜電極碳紙的偏差是多少，密封圈的厚度是多少，這個(gè)后臺(tái)可以做一個(gè)數(shù)據(jù)孿生和數(shù)據(jù)計(jì)算比如說(shuō)003電極板和008電極板放在一起很好，這是智能制造的底層邏，這是一個(gè)智能制造核心邏輯在這里面，中國(guó)移動(dòng)也給我們提供了技術(shù)的支持。

接下來(lái)我們介紹一下上海氫晨是上海交大10-15的核心技術(shù)，我們氫晨主要是核心電堆，我們也不會(huì)再往上做動(dòng)力系統(tǒng)，我們主要是把電堆做好。我們經(jīng)常說(shuō)的話，鐵路機(jī)車(chē)各守一段，每個(gè)人把這一段做到最精最產(chǎn)業(yè)，這樣的話，這個(gè)產(chǎn)業(yè)才能提升。所以我們定義在核心的電堆，那這個(gè)是我們臨港自貿(mào)區(qū)做的第一條生產(chǎn)線，目前產(chǎn)線是2千臺(tái)，我們希望明年做到1萬(wàn)臺(tái)，后年做到2萬(wàn)臺(tái)。

這是我們目前的產(chǎn)品系列，針對(duì)輕型卡車(chē)、冷鏈車(chē)、還有通勤車(chē)做了相應(yīng)的電堆。電堆的我介紹一下這個(gè)里面的設(shè)計(jì)邏輯就是有競(jìng)爭(zhēng)力第一要好性能、第二要長(zhǎng)壽命，第三個(gè)低成本，這個(gè)說(shuō)很容易做到非常難。所以通過(guò)高性能通過(guò)幾方面？

第一首先你的設(shè)計(jì)要好，性能好了之后，你用的材料少了，成本也降低。

第二是配套。不是最好的膜電極和雙極板配在一起匹配很重要。

第三是壽命很重要，有人問(wèn)你這個(gè)電堆板，你的傳熱怎么樣，材料的衰減只是他一部分，還有更多的密封失效也是一個(gè)，這里面高精度的制作也有關(guān)系。如果制造的精度的不好的話，我們膜電極涂層也不好，這個(gè)放在一起就開(kāi)裂。

接下來(lái)通過(guò)WAVY  CROSS的設(shè)計(jì)，現(xiàn)在的振動(dòng)，包括IP可以做到IP68，還有高穩(wěn)定性和高可靠性。片和片可以做到正負(fù)0.1，在額定的點(diǎn)可以6.5個(gè)毫伏，充電電點(diǎn)壓偏差8.5MV，電池最怕出現(xiàn)偏差，一致性非常重要。另外從整個(gè)壽命來(lái)講，短時(shí)間內(nèi)我們電堆150千瓦是可以長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行，我們可以穩(wěn)定在一個(gè)小時(shí)以上。另外說(shuō)的長(zhǎng)壽命有幾大要素，第一個(gè)流場(chǎng)設(shè)計(jì)比較好，不能出現(xiàn)逐步的過(guò)氣過(guò)干過(guò)濕，這個(gè)電極可以達(dá)到1.6度。所以這個(gè)設(shè)計(jì)非常重要，你絕對(duì)不能出現(xiàn)某個(gè)地方積水、嵌氣這是第一個(gè)。

第二個(gè)連接之間非常的均勻，否則的話會(huì)出現(xiàn)木頭理論和短板效應(yīng)。

第三還要通過(guò)一些材料、圖層、密封材料的老化等等。

另外兩個(gè)最重要的，就是膜電極包括涂層。

另外就是剛剛說(shuō)的壽命跟制造精度非常有關(guān)系，左邊的這個(gè)圖就是實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化的去調(diào)配，我們通過(guò)自動(dòng)的激光裝完之后，每個(gè)裝滿400之后，到底有沒(méi)有裝歪，后臺(tái)會(huì)傳到系統(tǒng)里面去，如果已經(jīng)出現(xiàn)偏差的話，就不能裝。目前我們這個(gè)電堆跟捷氫還有差距，包括所有的防水、防塵等也有做了。

第一把性能做高了，成本就下降了這是第一個(gè)邏輯。

第二要做到集成度一體化端板集成了集流板，絕緣板和端板，減少了部件，成本降幅可達(dá)56.92%。

對(duì)進(jìn)氣雅量，進(jìn)氣量、增濕等要求的降低，可以適配更多BOP輔件，從而帶來(lái)系統(tǒng)成本降低約30%，我設(shè)計(jì)一個(gè)電堆用戶來(lái)集成是不是很難，反過(guò)來(lái)講，用戶舒服了成本就會(huì)降低。目前這個(gè)電堆可以實(shí)現(xiàn)全國(guó)產(chǎn)零件的集成。

這個(gè)是我們?cè)谏虾ＥR港做了一個(gè)自貿(mào)區(qū)，我們?cè)谶@里了一個(gè)示范園區(qū)，最后感謝大家，也非常抽空到上海臨港去指導(dǎo)，講的不到之處請(qǐng)領(lǐng)導(dǎo)批評(píng)指正。

謝謝大家！

（注：本文根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)速記整理，未經(jīng)演講嘉賓審閱）

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