寶馬、戴姆勒、福特和大眾將聯(lián)手發(fā)力燃料電池工業(yè)化流程

　　在“Autostack Industrie”項目中，五家OEM和多家供應(yīng)商正在共同努力，以期將燃料電池車的核心組件——電堆制造中的關(guān)鍵技術(shù)帶入成熟的工業(yè)化水平。

　　該項目將持續(xù)到2021年底，其重點是突破電堆制造的高速流程。挑戰(zhàn)是巨大的，但初步的合作努力是積極的。

　　除了FC單元外，燃料電池(FC)車輛的驅(qū)動系統(tǒng)還包括一個電池，以補償系統(tǒng)的反應(yīng)時間，提高車輛的加速效率，一個電動引擎、變速器以及一個氫燃料罐。在這方面，F(xiàn)C系統(tǒng)的復(fù)雜性和部件數(shù)量與內(nèi)燃機類似。關(guān)鍵組件是FC電堆。相比之下，從過程工程的角度來看，這與組裝一個基本的引擎有很大的不同。根據(jù)容量的不同，除了裝配部件、端板和系統(tǒng)接口外，僅電堆部分就由多達400個單獨的部件(單元)組成。最重要的是用于車輛中電堆操作的系統(tǒng)技術(shù)。安德烈·馬丁(André Martin)說：“與純電動汽車相比，燃料電池車上有更多的組件，因為‘充電極’已與汽車融為一體，電能是在旅途中按需產(chǎn)生的。”

　　項目的所有者正與烏爾姆研究所(Ulm Research Institute ZSW)的路德維格•喬里松(Ludwig Jorisson)合作協(xié)調(diào)Autostack Industrie項目。該項目由德國聯(lián)邦交通和數(shù)字基礎(chǔ)設(shè)施部(BMVI)在國家氫燃料電池技術(shù)創(chuàng)新計劃(NIP)資助，金額為3000萬歐元，由NOW GmbH公司協(xié)調(diào)。其目標是將燃料電池電堆制造的關(guān)鍵技術(shù)達到工業(yè)成熟級別。除了ZSW之外，四家原始設(shè)備制造商(OEM)，寶馬、戴姆勒、福特和大眾以及眾多的供應(yīng)商(見infobox)也參加了此項目。奧迪最近也加入了大眾公司，負責開發(fā)燃料電池(FC)品牌。

　　該項目從2017年開始，一直持續(xù)到2021年底，主要有三大主要目標：

　　1、汽車高性能技術(shù)：最高功率密度，包括更低的鉑金負載量，完整的項目成熟度，實現(xiàn)汽車目標成本

　　2、工業(yè)規(guī)模經(jīng)濟的開發(fā)：聯(lián)合FC規(guī)范和系統(tǒng)接口，可擴展的FC輸出，通用技術(shù)平臺

　　3、大規(guī)模生產(chǎn)能力：關(guān)鍵流程的選擇和評估，達到汽車質(zhì)量要求，每年10,000至30,000FC產(chǎn)能的燃料電池工廠規(guī)劃。

　　利用以前的項目

　　可以從以前的項目：AutoStack (2009-2012，歐盟項目，可行性研究)和AutoStack Core (2012-2017，歐盟項目，技術(shù)概念證明)的結(jié)果中受益。工業(yè)化是Autostack Industrie的重點。

　　馬丁解釋說：“因此，有足夠的時間，就有可能通過開發(fā)和測試已經(jīng)工業(yè)化的高速FC制造工藝，為大量車輛的生產(chǎn)做好準備，并能夠在適當?shù)碾A段滿足未來的市場需求。”具體來說，這意味著在項目完成后的18到24個月內(nèi)，擁有一個可轉(zhuǎn)換為工業(yè)規(guī)模的電堆產(chǎn)品制造流程。這與德國汽車制造商的計劃非常吻合，后者已宣布從2023年到2024年增加燃料電池(FC)汽車的數(shù)量。

　　關(guān)于分配的資源和項目的全面預(yù)算，馬丁估計大約三分之二分配給產(chǎn)品開發(fā)，包括解決規(guī)模問題，三分之一分配給生產(chǎn)開發(fā)環(huán)節(jié)。馬丁強調(diào)說：“我們試圖將電堆開發(fā)中的所有要點集中在一個項目中。”他明確表示：“這與研發(fā)無關(guān)，而是與產(chǎn)品和制造流程有關(guān)。”

　　項目伙伴之間的密切合作尤其重要。協(xié)調(diào)員解釋說：“在開發(fā)過程中，主要環(huán)節(jié)的專家在一起工作是極其重要的。”在該項目中，有一個主要的接觸合作伙伴負責每個主要組件——膜電極組件(MEA)，雙極板，氣體擴散層(GDL)和催化劑。此外，這些負責人承擔質(zhì)量管理、規(guī)范和制造開發(fā)的角色。

　　這次合作的初步結(jié)果很有希望。它允許原始設(shè)備制造商(OEM)就相關(guān)接口的規(guī)范和基本系統(tǒng)描述達成一致。“這是一項新的、獨特的協(xié)議”，馬丁強調(diào)說——另一方面，這是基于相互信任的多年合作的結(jié)果。到2020年3月底，電堆開發(fā)的第一個階段—“演化1”—將完成，并將評估達到的水平。

　　到2021年，將分兩個階段制造大約60個FC。它們將由參與的OEM、ZSW和其他項目合作伙伴進行測試。根據(jù)測試目標，將使用不同規(guī)格的電堆。“這對我們來說是至關(guān)重要的，我們要進入第二個開發(fā)階段，采用穩(wěn)健的設(shè)計方法，”馬丁強調(diào)說，“以便在項目結(jié)束時達到足夠的成熟度。”

　　長期耐久性的挑戰(zhàn)

　　在產(chǎn)品成熟之前，肯定有一些挑戰(zhàn)需要克服。這些包括長期耐久性。根據(jù)馬丁的說法，還沒有完全達到目標。在6000個工作小時的燃料電池車輛的預(yù)期生命周期內(nèi)，允許降低10%。基本上，膜電極(MEA)會受到降解的影響。然而，其他組成部分和運作模式也會有影響。對于后者，主要是所謂的壓力源，如溫度、壓力、濕度等在動態(tài)負荷變化中產(chǎn)生的影響。馬丁認為，這些參數(shù)可以調(diào)整以緩解耐久性的流失，但是優(yōu)化參數(shù)的開發(fā)過程非常耗時。

　　一個重要的杠桿也是各主要部件的順利配合。馬丁強調(diào)：“只有結(jié)合，我們才能得到我們想要的結(jié)果。模型分析和驗證測試在選擇主要組件方面起著重要作用。為了做出最佳選擇，有很多相互依賴的因素需要考慮，”項目協(xié)調(diào)員說。在降低鉑金的問題上，我們走在正確的道路上。與之前的模型相比，陽極的鉑負載可以降低。重要的是，根據(jù)目前的計算，在達到當今的充電水平和功率密度的前提下，可以實現(xiàn)并達到汽車目標成本(在批量生產(chǎn)約30,000個電堆的情境下)。

　　另一個要完成的任務(wù)是大量減少電堆啟動操作所需的時間。在這一過程中，電堆的電化學(xué)成分被激活。調(diào)試時間必須從幾小時縮短到幾分鐘，使調(diào)試與批量生產(chǎn)的流程順序相適應(yīng)。為了開發(fā)出合適的程序，需要進行大量的測試。馬丁強調(diào)說，這個例子非常清楚地說明了產(chǎn)品開發(fā)和制造流程的開發(fā)是多么緊密地交織在一起。

　　盡管如此，燃料電池(FC)專家認為，德國FC技術(shù)的技術(shù)發(fā)展水平與中國、韓國、日本、美國等重點競爭地區(qū)相當，同時也不該忘記一些國家在工業(yè)化方面具有的優(yōu)勢。在材料和零部件領(lǐng)域，德國供應(yīng)商是全球領(lǐng)先的技術(shù)供應(yīng)商之一。而動力鋰電池的情況并非如此，鋰電池的主要供應(yīng)商在亞洲。因此，Autostack產(chǎn)業(yè)化項目的成功，對于燃料電池汽車的工業(yè)化生產(chǎn)無疑具有重要意義。

　　（原文來自：NOW GmbH 中國新能源網(wǎng)綜合）