根據(jù)我國(guó)氫燃料電池發(fā)展趨勢(shì)，重卡、攪拌車、牽引車、自卸車等工程車輛將率先實(shí)現(xiàn)動(dòng)力轉(zhuǎn)型。但是，目前國(guó)內(nèi)氫能重卡等車輛使用的燃料電池功率普遍偏低，無(wú)法滿足實(shí)際使用需求。未來(lái)車用氫燃料電池系統(tǒng)發(fā)展趨勢(shì)，將向200kW級(jí)別以上邁進(jìn)。

圖片

——在2022（第四屆）高工氫電產(chǎn)業(yè)峰會(huì)上， 三一氫能科技梁新星博士分享了對(duì)國(guó)內(nèi)大功率燃料電池系統(tǒng)開(kāi)發(fā)意義及難點(diǎn)的看法。以下是他演講的具體內(nèi)容：

氫燃料電池汽車具備零污染、續(xù)駛里程長(zhǎng)、抗低溫性能優(yōu)異等特點(diǎn)，在重卡、有軌電車、船舶等應(yīng)用領(lǐng)域有著明顯優(yōu)勢(shì)。當(dāng)前氫燃料電池系統(tǒng)功率向大功率方向發(fā)展的趨勢(shì)比較明顯，在工程車領(lǐng)域，氫燃料電池200kW動(dòng)力需求只是“起步價(jià)”?，F(xiàn)階段氫燃料電池系統(tǒng)功率大多集中在110kW，正朝著200kW邁進(jìn)，未來(lái)會(huì)達(dá)到300kW級(jí)別甚至更高。

開(kāi)發(fā)燃料電池大功率系統(tǒng)的意義

“為何國(guó)內(nèi)燃料電池系統(tǒng)企業(yè)要持續(xù)研發(fā)大功率產(chǎn)品呢？從技術(shù)方面，可以延長(zhǎng)重卡大負(fù)荷運(yùn)行的時(shí)間，降低重卡的購(gòu)置成本，提高重卡的載貨量，以及降低氫耗；從市場(chǎng)層面，可以拓展燃料電池的應(yīng)用領(lǐng)域和邊界?！绷盒滦侵v道。

現(xiàn)在的氫能重卡車輛，是由氫燃料電池先給動(dòng)力電池供電，再由動(dòng)力電池給汽車供電。這樣的結(jié)構(gòu)，使得氫燃料電池只能滿足車輛在啟動(dòng)階段和巡航階段的動(dòng)力要求。但在加速、上坡和超載的特殊情況下，由于對(duì)功率要求比較大，這使得小功率的氫燃料電池?zé)o法滿足動(dòng)力需求，要靠動(dòng)力電池自身放電補(bǔ)償功率差距。

如果長(zhǎng)期處于加速、上坡和超載等工況條件下，動(dòng)力電池很容易造成欠電。最好的解決辦法就是提高氫燃料電池的功率，讓動(dòng)力電池僅起到改善動(dòng)態(tài)響應(yīng)速率的作用，它本身放電的時(shí)間較短，不易欠電，重卡就可以長(zhǎng)期地處于高負(fù)荷的工作狀態(tài)。

在降低購(gòu)置成本方面，氫燃料電池功率增大，可以降低對(duì)動(dòng)力電池容量的要求。隨著技術(shù)進(jìn)步，氫燃料電池成本下降速度較動(dòng)力電池成本下降更迅速。當(dāng)前120kW氫燃料電池加鋰電池110kW·h的動(dòng)力系統(tǒng)總成本約為64.8萬(wàn)元，預(yù)計(jì)2025年使用大功率燃料電池動(dòng)力系統(tǒng)總成本下降約42%，屆時(shí)200kW氫燃料電池加30kW·h鋰電池的動(dòng)力系統(tǒng)總成本約為37.6萬(wàn)元。

在提升載貨量方面，動(dòng)力電池自身的能量密度比較低，重量也比較重。提高燃料電池功率以后，后續(xù)航能力提升，只需配套小容量型或高功率型鋰電池，動(dòng)力系統(tǒng)自重將降低約470kg，這就意味著車輛可拉更多貨物，經(jīng)濟(jì)效益得到提升。

在降低氫耗方面，燃料電池功率增大，隨之高效運(yùn)行功率區(qū)間也會(huì)擴(kuò)大，大功率系統(tǒng)高效運(yùn)行區(qū)間將是目前系統(tǒng)的2倍以上。同時(shí)，系統(tǒng)效率也會(huì)提升，可以有效降低氫耗，減少使用成本。據(jù)測(cè)算，當(dāng)氫耗7kg/100km、氫氣價(jià)格在20元/kg時(shí)，如果車輛購(gòu)置費(fèi)下降至46萬(wàn)元，那么氫燃料電池重卡運(yùn)營(yíng)TCO經(jīng)濟(jì)性將大大超過(guò)燃油車。

此外，從市場(chǎng)的角度來(lái)說(shuō)，開(kāi)發(fā)大功率燃料電池系統(tǒng)也有利于進(jìn)一步的拓展燃料電池系統(tǒng)的應(yīng)用范圍。發(fā)展大功率燃料電池系統(tǒng)可重點(diǎn)推進(jìn)氫燃料電池在重卡、攪拌車等中重型車輛應(yīng)用，有序開(kāi)拓工程機(jī)械、客、貨汽車市場(chǎng)，逐步探索在船舶、航空器等領(lǐng)域的應(yīng)用。

大功率燃料電池系統(tǒng)開(kāi)發(fā)難點(diǎn)

“大功率系統(tǒng)既然這么好，那為什么鮮有報(bào)道在重卡中的應(yīng)用？我們認(rèn)為，難點(diǎn)主要體現(xiàn)在三個(gè)方面。分別為電堆的匹配比較困難，BOP的選型比較困難，和散熱問(wèn)題比較難解決?！绷盒滦侵赋?。

在電堆方面，目前一些系統(tǒng)廠商已經(jīng)推出了200kW以上的燃料電池系統(tǒng)，但主要采用的是雙堆或雙系統(tǒng)的方案，這種方案的缺點(diǎn)是系統(tǒng)緊湊性欠佳，對(duì)于重卡來(lái)說(shuō)，空間占比過(guò)大。此外該方案結(jié)構(gòu)復(fù)雜，可靠性也難以保證。相對(duì)來(lái)說(shuō)，單堆緊湊性較好，可以滿足重卡裝車需求。但是，大功率單電堆設(shè)計(jì)難度大，目前公開(kāi)資料尚未發(fā)現(xiàn)單堆功率超過(guò)250kW。

從BOP的角度來(lái)講，在產(chǎn)品層面基本上能夠滿足車用領(lǐng)域大功率的需求，但技術(shù)還不夠成熟，產(chǎn)品有待充分的實(shí)踐驗(yàn)證。而且各細(xì)分領(lǐng)域只有少數(shù)廠家能夠滿足大功率需求，匹配大功率系統(tǒng)的BOP價(jià)格又偏高。

現(xiàn)在大功率電堆和相應(yīng)的BOP產(chǎn)品已處于驗(yàn)證階段，如何解決大功率氫燃料電池的散熱難題，將成為接下來(lái)該行業(yè)的研究重點(diǎn)。氫燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)在散熱問(wèn)題上的需求，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)發(fā)動(dòng)機(jī)。氫燃料電池的工作溫度相對(duì)較低，散熱器中冷卻液與環(huán)境的溫差比傳統(tǒng)汽車小，這就給熱管理帶來(lái)了十分嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)，以200kW的燃料電池系統(tǒng)為例，其散熱器散熱功率高達(dá)230kW。

三一氫能科技用品質(zhì)改變世界

三一氫能科技是三一集團(tuán)的全資子公司。企查查資料顯示，該公司于今年8月5日注冊(cè)成立，注冊(cè)資本1億元人民幣，主營(yíng)氫燃料電池系統(tǒng)、電堆的研發(fā)、生產(chǎn)和銷售，依托三一集團(tuán)工程機(jī)械和商用車實(shí)現(xiàn)全國(guó)范圍應(yīng)用推廣。

高工氫電了解到，三一氫能科技目前已聚集40余人具有豐富行業(yè)經(jīng)驗(yàn)的核心研發(fā)團(tuán)隊(duì)，碩博以上學(xué)歷占比80%以上，并與同濟(jì)大學(xué)、電子科技大學(xué)、天津大學(xué)等建立了良好的合作關(guān)系，針對(duì)成本高、壽命短、可靠性差的行業(yè)痛點(diǎn)，致力于大功率、高可靠性、高耐久性、低成本的燃料電池系統(tǒng)及電堆開(kāi)發(fā)。

據(jù)梁新星介紹，目前三一氫能科技的首款120kW的燃料電池系統(tǒng)已經(jīng)下線，并且已通過(guò)了國(guó)家強(qiáng)檢認(rèn)證，其額定功率為124kW，峰值功率130kW，系統(tǒng)效率＞42%，在零下30℃的情況下，可低溫冷啟動(dòng)。三一氫能科技將秉持“創(chuàng)建一流企業(yè)，造就一流人才，做出一流貢獻(xiàn)”的企業(yè)宗旨，和行業(yè)同仁一起向著開(kāi)發(fā)大功率燃料電池邁進(jìn)，用品質(zhì)改變世界。