金屬板電堆擁有體積小、重量輕、功率密度高等優(yōu)勢，被認(rèn)為在未來燃料電池汽車上的應(yīng)用潛力大，但囿于當(dāng)前國內(nèi)技術(shù)不夠成熟，在市場上的實(shí)際應(yīng)用較少。如何攻克高密度金屬板電堆的技術(shù)挑戰(zhàn)，是擺在國內(nèi)企業(yè)面前的一道難題。
7月3日，2019高工氫電產(chǎn)業(yè)峰會在上海浦東嘉里大酒店3樓浦東廳盛大開幕，在會議上，上海氫晨新能源科技有限公司（下稱“上海氫晨”）總經(jīng)理易培云博士發(fā)表了“高密度燃料電池電堆數(shù)字化設(shè)計(jì)與智能制造”的主題演講。
眾所周知，燃料電池電堆由數(shù)百片雙極板、膜電極等關(guān)鍵部件裝配而成，是燃料電池汽車的發(fā)動機(jī)，直接影響著整車性能表現(xiàn)。從成本角度來看，電堆約占燃料電池系統(tǒng)成本的60%，占整車成本的30%，其能否實(shí)現(xiàn)規(guī)?；悄苌a(chǎn)，也直接關(guān)系到整車成本的大幅降低。
易培云表示，金屬板電堆具有功率密度高、冷啟動快、抗振性能好、適合于大批量制造等優(yōu)勢，是未來車用燃料電池的發(fā)展趨勢。不過，當(dāng)前金屬板電堆要實(shí)現(xiàn)高功率密度、超長壽命、超低成本，仍然面臨著較大的技術(shù)挑戰(zhàn)。
“電堆性能是設(shè)計(jì)出來的，電堆壽命與裝備工藝密切相關(guān)，同時能否實(shí)現(xiàn)新的制造模式直接關(guān)乎成本的降低?！?易培云說，企業(yè)需思考的是，該如何構(gòu)建比功率電堆構(gòu)型，如何提升電堆裝配一致性與魯棒性，以及如何實(shí)現(xiàn)電堆與核心部件的智能制造。
針對這些問題，易培云在會議現(xiàn)場給出了很多建議。他認(rèn)為，實(shí)現(xiàn)高密度電堆數(shù)字化設(shè)計(jì)與智能制造需要把握幾大關(guān)鍵技術(shù)：一是電堆涉及多學(xué)科，比如機(jī)械工程固體力學(xué)、工程熱物理流體力學(xué)、電化學(xué)分子動力學(xué)等，要做好“跨尺度”聯(lián)合仿真技術(shù)；
二是層疊式裝配界面匹配與容差分配技術(shù)：研究極板與膜電極組件間的微觀接觸行為，建立電-力耦合模型與密封接觸模型，通過多目標(biāo)優(yōu)化實(shí)現(xiàn)金屬極板與膜電極的有效匹配；
三是層疊式裝配界面匹配與容差分配技術(shù)：建立電堆層疊式裝配模型，分析部件制造誤差、裝配誤差、定位誤差對接觸壓力影響規(guī)律，揭示邊緣效應(yīng)產(chǎn)生機(jī)理，形成層疊式裝配容差分配方法；
四是電堆智能檢測與快速診斷技術(shù)：引入高速攝像在線檢測電堆水氣傳輸特性，引入智能傳感等實(shí)時監(jiān)測電堆裝配和使用過程的接觸壓力均勻性、電流分布均勻性等狀態(tài)；開發(fā)大功率電堆氣體流量分布測試系統(tǒng)，診斷電堆密封狀態(tài)；采集電堆使用過程的溫度、濕度信息，實(shí)現(xiàn)電堆全壽命周期健康狀態(tài)監(jiān)測。
五是高密度電堆智能制造技術(shù)：基于5G技術(shù)、RFID、傳感器和服務(wù)架構(gòu)，依托物料唯一身份編碼與存儲數(shù)據(jù)庫，實(shí)現(xiàn)燃料電池部件和電堆的自動識別、配送、匹配、裝配、監(jiān)控。
資料顯示，上海氫晨核心技術(shù)源于上海交通大學(xué)10余年的研究成果，主要聚焦于高比功率燃料電池電堆研發(fā)與生產(chǎn)。公司研發(fā)團(tuán)隊(duì)不局限于電堆技術(shù)，而是對電堆的核心材料、核心部件乃至燃料電池系統(tǒng)都有全面深入的理解，擁有很強(qiáng)的正向設(shè)計(jì)能力。
目前上海氫晨的核心產(chǎn)品有H-Rise 05型電堆——峰值55kW，功率密度2.5kW/L，適合30kW車用動力系統(tǒng)；H-Rise 06型電堆——峰值103kW，功率密度3.3kW/L，適合60-80kW車用動力系統(tǒng)；空冷無人機(jī)電堆——峰值1.6kW，系統(tǒng)重量功率500W/kg，續(xù)航4小時等。
