2021年9月3日-5日，由中國汽車技術(shù)研究中心有限公司、中國汽車工程學會、中國汽車工業(yè)協(xié)會、中國汽車報社聯(lián)合主辦，天津經(jīng)濟技術(shù)開發(fā)區(qū)管理委員會特別支持，日本汽車工業(yè)協(xié)會、德國汽車工業(yè)協(xié)會聯(lián)合協(xié)辦的第十七屆中國汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展（泰達）國際論壇（以下簡稱泰達汽車論壇）于2021年9月3日-5日在天津市濱海新區(qū)召開。本屆論壇圍繞“融合?創(chuàng)新?綠色”的年度主題，聚焦行業(yè)熱點話題展開研討。

在9月5日08:30～10:00 熱點聚焦：新示范政策引領(lǐng)下的燃料電池電池汽車產(chǎn)業(yè)化突破路徑中，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”的主旨演講。

上海氫晨新能源科技有限公司總經(jīng)理  易培云

以下為演講實錄：

尊敬的各位領(lǐng)導和嘉賓大家上午好，剛才衣院士和王總都是行業(yè)的大咖。我作為一個后來者更多的是從技術(shù)層面跟大家做一個分享。我的題目是大功率金屬板電堆技術(shù)挑戰(zhàn)與產(chǎn)業(yè)化。

實際上前面也講到了氫能是大的背景，學術(shù)界認為非化石能源是第四次革命，電堆類似于蒸汽機，內(nèi)燃機是石油作為動力，燃料電池可以使風光太陽能作為動力。當前產(chǎn)業(yè)提到“雙碳”，實際上碳達峰容易，碳中和難，因為經(jīng)濟發(fā)展總量上升，2030年我們估算會產(chǎn)生120到125億噸碳排放， 2030年到130億噸， 2060年只允許15億噸排放。

氫作為一個重要的碳稅，49噸的重卡目前是1元碳稅，但是后面歐洲和美國也會加大對我們的要求，也就是說現(xiàn)在一輛重卡將來的碳稅也是40多萬，這是一個大的邏輯。燃料電池行業(yè)比鋰電池難，我們需要關(guān)注加氫站、制儲運加，還有光伏和風電，也需要解決電堆的問題。這個行業(yè)特別長，從電堆系統(tǒng)空壓機包括電堆打開以后有碳紙等八大零部件，這些年有些進步，八大核心零部件大部分已經(jīng)實現(xiàn)國產(chǎn)化。

第二塊是技術(shù)挑戰(zhàn)。這里面難處非常多，一個百千瓦級有400對雙極板和膜電極串聯(lián)疊裝，在超過800個密封面上布置著1500米長的密封線。有1600加2800多個零件，尤其難是燃料電池是串聯(lián)系統(tǒng)對可靠性要求非常高的，非常難控制。一個電堆大概1500米長，一個里面60平米的防腐室。歸納起來第一個是單節(jié)面積達到750平方厘米，第二個是疊裝品數(shù)130到400節(jié)，第三個是效率，裝配時間怎么樣和發(fā)動機匹配做到幾分鐘。大功率電堆設(shè)計需要通過多學科跨尺度的聯(lián)合仿真方法，這是電堆面臨的最大挑戰(zhàn)。試錯成本很高，大部分需要靠計算，但計算很難，一個雙極板一個流導是40微米，一個涂層大概20納米，目前沒有哪個軟件可以從頭到尾。另外它是跨學科的東西，需要把裝配尺寸公差壓力做好，這是機械固體力學的問題，需要把第1節(jié)和第400節(jié)做好進口和出口的壓差均勻，這是一個流體力學的問題，電化學里面學問更多，交大有幾十個博士在做。

實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化我認為核心的能耗，具體凝練成三個方面，第一個高可靠設(shè)計，第二個高一致的裝配，第三個高效率的柔性產(chǎn)線。

第一個可靠設(shè)計方面需要大面積復雜流場設(shè)計，典型的多場耦合模型，這里面一個雙極板有80個流道，需要做多場耦合仿真技術(shù)，通過一些可靠的設(shè)計可以提高15%的性能。

第二個是高可靠的密封。我認為比催化劑和涂層更重要，密封失效就是災難，一旦密封失效就是漏水漏氣，材料失效還可以用，如果密封失效是不可預見的。這里面有很多的微觀失效的機理。包括力的設(shè)計，在裝配過程中，受的壓不一樣，尤其在振動和滑移的情況下，振動或者是氣溫的變化都會產(chǎn)生不利影響。還有就是公差，這么多零件在一起如何保證零件的吻合，膜電極和電極板都需要尺寸的概念，有了尺寸以后要分析尺寸的傳遞，要分析尺寸的相互影響，最后再作出一個總的高度設(shè)計。另外就是偏差的描述，任何一個零件都有偏差，包括雙極板和膜電極。目前氫也做不到隨便裝，還需要做篩選，這樣的篩選可以做到現(xiàn)有的產(chǎn)能情況下提高質(zhì)量。還有層疊結(jié)果過程中，定位誤差分析是一個柔性件，我們做了大量的空間矩陣，從學術(shù)來講，叫剛?cè)狁詈系哪Ｐ?。我們提出了一面六桿的變形補償。如何做到振動和冷熱交替在冬天和夏天的情況下，保證壓力的均勻和碳的壓縮量，將400節(jié)的偏差降到了20以內(nèi)。

第三塊是高效的柔性制造，其實當前行業(yè)產(chǎn)能幾十萬太我認為做不到，做到萬臺就可以了，因為當前示范城市需求大概只有4000多臺，大批量也可以做，包括部件的快速檢測和精度都可以另外在可抓取放置的情況下，可以通過二維碼的識別和機械手的識別，還有一些機器人的堆垛技術(shù)做到了自動化的生產(chǎn)， 一個電堆可以做到20分鐘以內(nèi)。

最后介紹一下氫晨公司，2017年注冊，2019年運營，我們在臨港地區(qū)，吸引了大量的龍頭企業(yè)，包括康明斯，嘉資等企業(yè)，我們的氫產(chǎn)定位很清晰：只做電堆，使命是上下游共同合作，最終使燃料電池和發(fā)動機的體積成本和壽命相當，當然目前還是無法和發(fā)動機相比。目前來說我們做的大功率的80千瓦以上，從80千瓦到150千瓦的電池，80千瓦電池可以用作公交物流，120千瓦可以用作通勤車乘用車。舉個例子，去年有一個電堆的低溫存儲低溫啟動防水防塵都可以達到標準。電堆的開發(fā)很困難，尤其剛才提到的樣機，將樣機放大也是未來的希望，尤其在國內(nèi)的整車廠大功率系統(tǒng)已經(jīng)做到了批量化的應用，尤其在重卡方面東峰、福田、大運等企業(yè)和公交車、環(huán)衛(wèi)車、一些SUV項目都在用我們的電堆。

最后介紹一下我們臨港自貿(mào)區(qū)的氫產(chǎn)業(yè)園，第一個加氫站已經(jīng)投入了使用，也希望各位領(lǐng)導和朋友到臨港區(qū)去指導。

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