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氢晨科技300kW大功率单堆秘籍是什么？
2022-11-24
来源：高工氢电作者：游保平
浏览数：353
在近期的佛山国际氢能展上，作为电堆头部企业的氢晨科技，率先对外展示了业内首个300kW的大功率金属板单堆产品，这也是国产电堆再次向更大功率方向迈进的一个重要信号。成功研发300kW大功率电堆背后，需要突破哪些挑战？氢晨科技又能给到行业哪些启示？
在近期的佛山国际氢能展上，作为电堆头部企业的氢晨科技，率先对外展示了业内首个300kW的大功率金属板单堆产品，这也是国产电堆再次向更大功率方向迈进的一个重要信号。成功研发300kW大功率电堆背后，需要突破哪些挑战？氢晨科技又能给到行业哪些启示？
300kW大功率燃料电池电堆是氢晨科技结合重型商用车、大型工程机械等应用场景，自主研发的H3系列电堆产品。电能输出高效稳定，拥有优异的冷启动表现、领先的耐久性能及高安全等级等特点。基于全新的H3技术开发的300kW电堆相比于此前的电堆产品，除了在功率方面有明显提升之外，在产品的性能和稳定性上也有新的飞跃。尤其是在膜电极催化活性提升、传质与分配的增强以及电堆的一致性和稳定性方面进展较大。膜电极催化活性的提升。通过催化剂层有序化的结构设计以及催化剂的粒径优化，使得H3的催化剂利用率相较H2提升了20%。传质与分配的增强。通过H3新型的强制对流流场设计，促进了流场与气体扩散层界面上的气体分配均匀性和传质速率，使得电堆在大电流下（3A/cm² ）不发生传质极化，可以稳定持续输出。电堆结构的一致性和稳定性。通过Unitcell的单元电池的封装形式保证了单电池的结构一致性和稳定性，确保各节电池内气体和冷却液分配的一致性，从而提升了电堆的整体输出特性。正是基于以上“三大”硬核技术极大地提升了电池单位面积上的输出功率，助推氢晨科技在产品化和工程化更上一个台阶。300kW电堆的出现，最大的作用在于对加快氢能重卡的商用提供强大助力。匹配300kW电堆的燃料电池系统净输出功率将达到200kW以上，系统峰值净输出功率有望达到240kW以上，完全满足49吨以上重卡长途高速的应用场景的动力需要。在长途重卡应用场景下，不同于目前的中混或增程式动力系统架构，搭载这款电堆的燃料电池系统完全可以作为整车的主动力源，从而大幅降低动力系统对锂电池的需求。自公司成立以来，氢晨科技一直以高功率密度，大功率电堆作为拳头产品，氢晨科技300kW金属板电堆的研发成功，克服了材料学、工程学领域的诸多难题，是向大功率方向的一次新飞跃。百千瓦级大功率燃料电池电堆由超400对双极板-膜电极串联叠装，在超过800个密封面上布置着1500米长的密封线。燃料电池可靠性、一致性与叠装效率成为国际性技术难题。氢晨科技能在大功率方向上持续突破，与其核心团队密不可分。与做化学和材料的同行相比不同的是，氢晨科技初始研发团队的技术基础还有机械技术，公司一开始研究的就是金属极板技术，再扩展到整堆技术，注重整体设计和制造工艺控制。大功率电堆一方面要保证高功率密度，这就要求材料方面的突破；另一方面又需要整堆规模大，就必须要求整堆结构设计、生产制造工艺等机械方面实现高质量和一致性。从200kW到300kW，难度是几何级提升。为解决大功率金属板电堆的技术挑战和工程难题，氢晨科技在长期的研究摸索中，形成了一套自己的组合拳。以多材料体系高通量计算方法、大功率电堆高可靠设计方法、层叠结构高一致叠装技术和批量制造高效率柔性产线构成了自己的核心技术。其中，多材料体系高通量计算方法融合了材料性能第一性原理计算、材料制备与介质传输分子动力学，多材料复合的高通量计算方法等多学科原理；大功率电堆高可靠设计方法融合了大面积复杂流场设计、高可靠密封材料与结构、误差分析与公差设计等学科原理；层叠结构高一致叠装技术则融合了部件偏差描述与匹配、定位误差分析与设计、超静定夹紧补偿等技术；批量制造高效率柔性产线则打通了可靠抓取-放置方法、双机器人码垛技术、部件快速检测技术等核心环节。氢晨科技按照汽车行业的标准来生产电堆，通过双机器人码垛技术使得电堆的装配效率提高了12倍，一次合格率达到98%以上，最终让百千瓦级燃料电池电堆的装配时间从原来的4h降至20min。氢晨科技成立于2017年，专注大功率、高密度金属极板燃料电池电堆研发、生产、销售，与产业链上下游协作迅速成为燃料电池领域头部企业。一项新技术从研发成型到装车应用，其验证过程是相当严格的，要经过包括低温存储、低温启动、绝缘、防水防尘、冷热冲击、振动、盐雾等多项测试验证。氢晨科技的电堆经过了以上严格检测验证。现阶段，氢晨科技基于H2技术开发的80kW、100kW、120kW和150kW等四款大功率电堆均已实现百台级装车。其中，150kW燃料电池电堆已经累计实现交付近2000台，效率可达53%，全工况下单元电压方差低于10mV的高一致性，在更大的工况范围内实现更高的效率和更长的使用寿命。在产品的市场应用方面，氢晨科技的电堆在山西自卸车的百台级应用，公交车百台级交付；还参与500kW的燃料电池储能发电系统，上海临港中运量2号线和中车氢能源机车等多个重大项目。截至目前，氢晨科技已经建立起自己的批量制造高效率柔性产线。拥有高精度核心部件检测设备、电堆自动装配、活化测试系统、电堆自动封装线等，可实现年产能10000套，并通过IATF16949认证。批量测试能力方面，已建成满足研发、生产大功率电堆活化测试线，最高可满足300kW测试能力。目前氢能产业正处在高速发展期，产业集群已具雏形，从氢能技术研发到产业发展布局都取得积极进展。未来几年将是实现全产业链技术突破，从研发阶段转入规模化商业化示范应用的关键时期。氢晨科技未来将紧跟下游需求，强化场景应用和设施保证；多维度发展，积极探索新技术示范，在保持降本趋势的同时，保障产品稳定性，稳固产品表现，助力国家“双碳”目标的实现。
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