2020年10月15日，2020 氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展創(chuàng)新峰會在山東省濟南市召開。本次峰會由中國電動汽車百人會、Hydrogen Council（國際氫能委員會）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·推進黃河流域高質(zhì)量發(fā)展”為主題，主要圍繞“氫能應(yīng)用場景與商業(yè)化路徑”、“關(guān)鍵技術(shù)、標準與安全”和“面向未來的氫能供應(yīng)體系”等三個方面進行深入探討。 在本次峰會中，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，我們希望明年做到1萬臺，后年做到2萬臺。

2、 實際上電堆主要有兩大趨勢：一大是石墨雙極板，另外一個是金屬雙極板，這兩個方面各有自己的優(yōu)勢，也各有自己的應(yīng)用場景，金屬板電極在技術(shù)上做了突破之后優(yōu)勢比較明顯。如果按照規(guī)劃2030年200萬輛車的話，中國就需要8億片的雙極板，如果雙極板制造問題不解決，將來會成為它的瓶頸。

以下內(nèi)容為現(xiàn)場演講實錄：

剛才盧總從上汽包括從燃料電池電池做了一個非常透徹的分析， 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。

我講的三個方面，第一是大功率電堆的歷史機遇。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。

通過這一次補貼政策的出臺，也非常的明確，重點就是支持中遠途，包括公交車、物流車、重卡車，這個政策也做了一個研讀，從功率等級做了145千瓦他拿的補貼比較高，這里面有一個算法。

實際上現(xiàn)在電堆主要有兩大趨勢。一大是石墨雙極板，另外一個是金屬雙極板，這兩個方面各有自己的優(yōu)勢，也各有自己的應(yīng)用場景，從我們上海交大之后從重壓、焊接、涂裝、裝配。實際上金屬板電極在技術(shù)上做了突破的之后這個優(yōu)勢比較明顯。如果按照規(guī)劃2030年200萬輛車的話，中國就需要8億片的雙極板，如果雙極板制造不解決這個問題，將來會成為它的瓶頸。所以我們認為這條路線比較適合商用化，因為是采用造車的工藝來做。

現(xiàn)在國際主流的造車用金屬雙極板也開始推，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，怎么樣來實現(xiàn)高精度的裝配最后實現(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串聯(lián)系統(tǒng)，任何一個部件做不好就會影響他的性能，我們說膜做不好，密封做不好都會產(chǎn)生很大影響。所以這里面是一個多學科多尺度的問題。

所以剛剛盧總也講過這個設(shè)計思路，實際上這個路面電堆因為電堆是一個核心的部件，就是它人體的心臟。心臟好不好，首先整個人體能不能理解透，就像中醫(yī)一樣，為什么它能治病，就是因為他對人很了解。我們車其實每個車的場景是不一樣的商用車礦產(chǎn)車都不一樣，就在于電堆好不好，就在于你對于這個場景理解的透不透徹。

你理解了之后，怎么樣才能達到這也是我的核心技術(shù)，從材料、部件、到電堆設(shè)計，要能滿足設(shè)計要求，我們說的催化劑。碳紙、膜、密封包括圖層，所以這是電堆開發(fā)深層次的邏輯，電堆的開發(fā)并不是買一塊電極板賣一個膜這個肯定不行這個能發(fā)電，但是穩(wěn)不穩(wěn)定可不可靠這個就跟電堆非常關(guān)系。

這里面的設(shè)計里面，在這個圖里面，我們學校里面有20多個博士在里面，就是做一個多學科跨區(qū)域的仿真，一塊大半在100×400毫米，到一個圖層200納米所以這個尺度跨的非常大，目前來講，全世界沒有一個軟件把數(shù)據(jù)輸入進去，電極就出來，這是不可能，必須要進行分段設(shè)計這是一個跨尺度問題。

另外它是一個多學科問題，因為它涉及到機械包括之工程熱力學，化學、材料學等等，因為你要把電堆設(shè)計的裝配可靠，你要設(shè)計短板這屬于固體力學設(shè)計東西。你要把進口和出口溫度差控的很均勻，需要大量的流體的仿真，更難的是化學里面是電解和腐蝕的過程，你的材料是什么樣的一個腐蝕過程肉眼看不見，所以我們要做大量的分子動力學。舉一個簡單的例子，我們要做涂層，你把這個打出來也不管事，比如說組合起來，有些組合又不耐濕又不導(dǎo)電，所以我個人認為作為交大的多學科的交叉，重點在于設(shè)計手段。在我們公司里面我們目前固化出來的設(shè)計的流程，仿真到了這個點就可以往下一步走。

實際上具體到流場設(shè)計，因為分解完之后，我就知道你的流場進出口溫差是多少，這些分解完之后可以做大量的計算，通過仿真的計算，進口流出怎么分配，怎么分到80-100個流道這是第一個。

第二個在長度方向上面，怎么保證進出和出口，包括傳制排水和排熱都比較均勻，最終可以設(shè)計出一種新型的wavy  cross流場，通過強制的傳輸能夠?qū)崿F(xiàn)三維流場的性能，這是我們將來降本的重要路徑。

下面是電堆有400個電堆板還有800個密封圈，你怎么保證分配軍隊，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)在沒有必要再做，再做的話，你的裝壓泵都會出現(xiàn)問題。在18噸到32噸這種場景一個電堆就夠了，40噸重卡要做到200千瓦的系統(tǒng)基本上用兩個電堆，30噸以下一個電堆一套系統(tǒng)就夠了。

另外，沒有一個電堆適合所有的場景，對于乘用車要求的動力性，但是對于商業(yè)用車更重要的是效率，我們要省錢，哪怕100公里能夠省一塊錢也是一個好事，因為對于運輸行業(yè)利潤非常薄基本上在5%以下，所以每個場景車是不一樣，電極設(shè)計不一樣，工作點選擇就不一樣這是我們設(shè)計邏輯。

另外我為什么單獨把密封拿出來，因為材料是一個逐步的衰減過程，圖層衰減是可以看到的，密封的衰減甚至就可以漏氣、漏水，這種整個電堆就失效，所以電堆的高可靠的密封非常難，中間是一個串聯(lián)系統(tǒng)，這就導(dǎo)致可靠性要求非常高。所以我們要設(shè)計這個密封，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題，這里面我們要做大量的計算。

就是說在這么多裝配過程中誤差是不可避免的，我們密封圈的誤差，在我們汽車制造領(lǐng)域是不可避免的，怎么樣控制誤差，怎么樣設(shè)計這個誤差？

舉一個例子，就是我們的車不能讓車造到最后，車窗和車門裝不上，就是在設(shè)計上把容差設(shè)計到這里面去，通過通過每個零部件，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)誤差的時候，包括對可靠性的影響這個重點也要去考慮。

另外在這么多零件裝在一起的時候，怎么樣設(shè)計容差，在汽車領(lǐng)域叫“容差分配”，這個“容差分配”設(shè)計好，才能平衡，這個電堆是非常的平，片和片之間的是正負0.1，總共裝到400片是0.5以內(nèi)，這通過機械制造來控制。

另外，最終我們走上一個大批量制造，除了批量還得要智能，這個我們倒不是要去蹭人點，這個里面有很多智能制造的生產(chǎn)線這個邏輯就是，所有的零部件都有誤差，所有的成本都有不同。所以我們在每一塊的雙極板都有二維碼這個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，這個后臺可以做一個數(shù)據(jù)孿生和數(shù)據(jù)計算比如說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，這是一個智能制造核心邏輯在這里面，中國移動也給我們提供了技術(shù)的支持。

接下來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，我們也不會再往上做動力系統(tǒng)，我們主要是把電堆做好。我們經(jīng)常說的話，鐵路機車各守一段，每個人把這一段做到最精最產(chǎn)業(yè)，這樣的話，這個產(chǎn)業(yè)才能提升。所以我們定義在核心的電堆，那這個是我們臨港自貿(mào)區(qū)做的第一條生產(chǎn)線，目前產(chǎn)線是2千臺，我們希望明年做到1萬臺，后年做到2萬臺。

這是我們目前的產(chǎn)品系列，針對輕型卡車、冷鏈車、還有通勤車做了相應(yīng)的電堆。電堆的我介紹一下這個里面的設(shè)計邏輯就是有競爭力第一要好性能、第二要長壽命，第三個低成本，這個說很容易做到非常難。所以通過高性能通過幾方面？

第一首先你的設(shè)計要好，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，有人問你這個電堆板，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，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，這個放在一起就開裂。

接下來通過WAVY  CROSS的設(shè)計，現(xiàn)在的振動，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0.1，在額定的點可以6.5個毫伏，充電電點壓偏差8.5MV，電池最怕出現(xiàn)偏差，一致性非常重要。另外從整個壽命來講，短時間內(nèi)我們電堆150千瓦是可以長時間運行，我們可以穩(wěn)定在一個小時以上。另外說的長壽命有幾大要素，第一個流場設(shè)計比較好，不能出現(xiàn)逐步的過氣過干過濕，這個電極可以達到1.6度。所以這個設(shè)計非常重要，你絕對不能出現(xiàn)某個地方積水、嵌氣這是第一個。

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

第三還要通過一些材料、圖層、密封材料的老化等等。

另外兩個最重要的，就是膜電極包括涂層。

另外就是剛剛說的壽命跟制造精度非常有關(guān)系，左邊的這個圖就是實現(xiàn)自動化的去調(diào)配，我們通過自動的激光裝完之后，每個裝滿400之后，到底有沒有裝歪，后臺會傳到系統(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56.92%。

對進氣雅量，進氣量、增濕等要求的降低，可以適配更多BOP輔件，從而帶來系統(tǒng)成本降低約30%，我設(shè)計一個電堆用戶來集成是不是很難，反過來講，用戶舒服了成本就會降低。目前這個電堆可以實現(xiàn)全國產(chǎn)零件的集成。

這個是我們在上海臨港做了一個自貿(mào)區(qū)，我們在這里了一個示范園區(qū)，最后感謝大家，也非常抽空到上海臨港去指導(dǎo)，講的不到之處請領(lǐng)導(dǎo)批評指正。

謝謝大家！

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

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