燃料電池向大功率“突進(jìn)”

近期氫晨科技對(duì)外展示了新一代H3技術(shù)和230kW電堆開發(fā)情況，引起業(yè)界的廣泛關(guān)注。從目前已經(jīng)裝車應(yīng)用的大功率電堆來看，最高功率基本在150kW左右。如今作為頭部電堆企業(yè)之一的氫晨科技，率先完成單堆230kW的大功率電堆的性能測(cè)試，是國(guó)產(chǎn)電堆再次向更大功率邁進(jìn)的一個(gè)重要信號(hào)。

與國(guó)產(chǎn)電堆同步邁向大功率的還有系統(tǒng)。目前濰柴動(dòng)力配套中國(guó)重汽首款氫能雪蠟車，系統(tǒng)額定功率高達(dá)162kW，是已知國(guó)內(nèi)裝車應(yīng)用的最高功率系統(tǒng)產(chǎn)品，據(jù)悉年底前行業(yè)內(nèi)或有200kW大功率系統(tǒng)面世。

為何國(guó)內(nèi)燃料電池電堆及系統(tǒng)企業(yè)要持續(xù)研發(fā)大功率產(chǎn)品?現(xiàn)階段BOP供應(yīng)鏈水平是否能跟上?技術(shù)層面還存在什么挑戰(zhàn)?

燃料電池快速向大功率“進(jìn)階”

除了氫晨科技以外，近年來國(guó)內(nèi)主流燃料電池電堆企業(yè)都在持續(xù)研發(fā)大功率產(chǎn)品，所布局的最新一代產(chǎn)品，均以大功率、長(zhǎng)壽命、高功率密度等性能亮相。神力科技最新產(chǎn)品SFC-B9P單電堆最大功率>150kW，額定功率≥146kW，可廣泛應(yīng)用于中、重型卡車，城市公交車、軌道交通等。新源動(dòng)力今年5月份發(fā)布兩款新品，HYMOD®-150和HYSYS®-120，前者峰值輸出功率可達(dá)150kW，設(shè)計(jì)耐久性超過10000小時(shí)，電堆功率密度4.5kW/L;后者額定功率為115kW，峰值功率為120kW，設(shè)計(jì)耐久性可達(dá)10000小時(shí)。清能股份今年推出電堆新品VLSII Pro。該系列產(chǎn)品單堆最大功率可達(dá)165kW，體積功率密度提升到4.4kW/L;雄韜氫瑞透露，將發(fā)布最新的50-100kW的A2系列電堆，體積功率密度達(dá)到4.0kW/L，以及同級(jí)別的大功率大于150kW的J系列電堆;氫璞創(chuàng)能在去年11月發(fā)布的一款面向未來5～10年的電堆產(chǎn)品Nowogen V，功率達(dá)到了150kW。 系統(tǒng)企業(yè)方面大功率勢(shì)頭同樣明顯。億華通今年發(fā)布了新一代120kW大功率產(chǎn)品上，其采用高性能單電堆與氫氣再循環(huán)系統(tǒng)聯(lián)合匹配的設(shè)計(jì)，將系統(tǒng)額定功率密度率先提升至701W/kg。

風(fēng)氫揚(yáng)今年6月發(fā)布全新一代燃料電池系統(tǒng)-SINGULAR元極，這款產(chǎn)品初代開發(fā)平臺(tái)覆蓋110kW-130kW系統(tǒng)功率范圍，未來兩年將擴(kuò)展至300kW以上。同月，重塑科技也正式推出了130kW大功率PRISMAXII+鏡星十二+燃料電池系統(tǒng)。國(guó)鴻氫能在去年10月發(fā)布了鴻途G系列燃料電池動(dòng)力模塊產(chǎn)品，其中鴻途G110凈輸出功率110kW，現(xiàn)已廣泛應(yīng)用多款車型。2016年至2018年，燃料電池功率大都在30~60kW;從2019年起，國(guó)內(nèi)燃料電池功率開始“突飛猛進(jìn)”，現(xiàn)階段實(shí)際裝車應(yīng)用的高功率燃料電池電堆可以達(dá)到150kW，比如氫晨科技150 kW單堆就已經(jīng)實(shí)現(xiàn)上百臺(tái)的應(yīng)用;系統(tǒng)方面，國(guó)內(nèi)應(yīng)用于重卡的燃料電池系統(tǒng)額定功率基本在110kW以上。接下來，國(guó)內(nèi)大功率燃料電池電堆及系統(tǒng)將提升至什么水平?飛馳科技首席技術(shù)官石建珍博士曾在高工氫電會(huì)議上表示，今年下半年200kW燃料電池系統(tǒng)會(huì)面市。高工產(chǎn)研氫電研究所(GGII)分析，在“以獎(jiǎng)代補(bǔ)”政策推動(dòng)下，業(yè)界愈發(fā)關(guān)注燃料電池汽車在長(zhǎng)途重載應(yīng)用領(lǐng)域的應(yīng)用，而長(zhǎng)途重載運(yùn)輸具有長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行、高負(fù)載率和持續(xù)高速工況等特點(diǎn)，這直接著推動(dòng)企業(yè)探索提升燃料電池功率。

做好可靠性與壽命很關(guān)鍵

燃料電池向大功率方向邁進(jìn)是趨勢(shì)，而主流企業(yè)能夠開發(fā)出大功率產(chǎn)品也是技術(shù)實(shí)力的證明。需注意的是，現(xiàn)階段把產(chǎn)品的可靠性和壽命做好也非常關(guān)鍵。“重型卡車根據(jù)運(yùn)營(yíng)場(chǎng)景需匹配110～200kW燃料電池系統(tǒng);重卡還需滿足8年或3萬小時(shí)壽命需求，遠(yuǎn)期需滿足15年或5萬小時(shí)壽命需求;同時(shí)重卡運(yùn)行路況、環(huán)境等復(fù)雜多變，需以高可靠性保障長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定運(yùn)營(yíng)。” 風(fēng)氫揚(yáng)總經(jīng)理劉軍瑞表示。GGII也提醒，從現(xiàn)階段行業(yè)技術(shù)水平來看，燃料電池企業(yè)在做技術(shù)開發(fā)時(shí)有兩點(diǎn)需要注意：其一，大功率燃料電池開發(fā)并不是靠片數(shù)的堆砌或面積上的延伸，在設(shè)計(jì)過程要不斷考慮水熱條件、氣體質(zhì)量流量等多種條件的耦合。比如在氣體管理方面，功率變大導(dǎo)致電堆長(zhǎng)度增加，如何最優(yōu)化歧管和每個(gè)單片中的流體分配，保證反應(yīng)氣體供應(yīng);在水管理方面，大功率生成水多，如何有效排出;在熱管理方面，大功率發(fā)電時(shí)產(chǎn)熱多，如何做好冷卻;還要考慮電堆的一致性構(gòu)成等方面。

其二，現(xiàn)有的BOP供應(yīng)鏈水平或暫時(shí)難以可靠地滿足大功率系統(tǒng)的需求。不過，在大功率燃料電池的研發(fā)帶動(dòng)下，未來關(guān)鍵部件的覆蓋功率會(huì)快速提升?？陀^來看，現(xiàn)階段國(guó)內(nèi)能同時(shí)處理好這些技術(shù)挑戰(zhàn)的企業(yè)并不多。隨著越來越多的企業(yè)積極開發(fā)大功率燃料電池，解決這些難題的速度或比想象中要快。