HIDIS 2020 |易培云：上海氢晨主做核心电堆，明年产量1万台

2020年10月15日，2020 氢能产业发展创新峰会在山东省济南市召开。本次峰会由中国电动汽车百人会、Hydrogen Council（国际氢能委员会）和山东省工业和信息化厅主办，以“引领氢能示范应用·推进黄河流域高质量发展”为主题，主要围绕“氢能应用场景与商业化路径”、“关键技术、标准与安全”和“面向未来的氢能供应体系”等三个方面进行深入探讨。 在本次峰会中，上海氢晨新能源科技有限公司总经理易培云发表了题为《大功率金属板电堆技术挑战与产业化》的精彩演讲。

上海氢晨新能源科技有限公司总经理易培云

其主要观点如下：

1、 上海氢晨的第一条生产线在上海临港自贸区，目前产线是2千台，我们希望明年做到1万台，后年做到2万台。

2、 实际上电堆主要有两大趋势：一大是石墨双极板，另外一个是金属双极板，这两个方面各有自己的优势，也各有自己的应用场景，金属板电极在技术上做了突破之后优势比较明显。如果按照规划2030年200万辆车的话，中国就需要8亿片的双极板，如果双极板制造问题不解决，将来会成为它的瓶颈。

以下内容为现场演讲实录：

刚才卢总从上汽包括从燃料电池做了一个非常透彻的分析， 我从技术方面，讲一下大功率金属板电堆产业化，我本身是上海交大教授，我更多地从技术层面讲。

我讲的三个方面，第一是大功率电堆的历史机遇。第二大功率电堆的技术挑战到底在什么地方？第三上海氢晨做的初步的探索。

通过这一次补贴政策的出台，也非常的明确，重点就是支持中远途，包括公交车、物流车、重卡车，这个政策也做了一个研读，从功率等级做了145千瓦他拿的补贴比较高，这里面有一个算法。

实际上现在电堆主要有两大趋势。一大是石墨双极板，另外一个是金属双极板，这两个方面各有自己的优势，也各有自己的应用场景，从我们上海交大之后从重压、焊接、涂装、装配。实际上金属板电极在技术上做了突破的之后这个优势比较明显。如果按照规划2030年200万辆车的话，中国就需要8亿片的双极板，如果双极板制造不解决这个问题，将来会成为它的瓶颈。所以我们认为这条路线比较适合商用化，因为是采用造车的工艺来做。

现在国际主流的造车用金属双极板也开始推，包括丰田、尼古拉走的都是金属双极板的角度。刚才卢总也从比较高的角度讲了，怎么样来实现高精度的装配最后实现低成本的制造？这里面有原理图里面非常的复杂，那么它里面而且是一个串联系统，任何一个部件做不好就会影响他的性能，我们说膜做不好，密封做不好都会产生很大影响。所以这里面是一个多学科多尺度的问题。

所以刚刚卢总也讲过这个设计思路，实际上这个路面电堆因为电堆是一个核心的部件，就是它人体的心脏。心脏好不好，首先整个人体能不能理解透，就像中医一样，为什么它能治病，就是因为他对人很了解。我们车其实每个车的场景是不一样的商用车矿产车都不一样，就在于电堆好不好，就在于你对于这个场景理解的透不透彻。

你理解了之后，怎么样才能达到这也是我的核心技术，从材料、部件、到电堆设计，要能满足设计要求，我们说的催化剂。碳纸、膜、密封包括图层，所以这是电堆开发深层次的逻辑，电堆的开发并不是买一块电极板卖一个膜这个肯定不行这个能发电，但是稳不稳定可不可靠这个就跟电堆非常关系。

这里面的设计里面，在这个图里面，我们学校里面有20多个博士在里面，就是做一个多学科跨区域的仿真，一块大半在100×400毫米，到一个图层200纳米所以这个尺度跨的非常大，目前来讲，全世界没有一个软件把数据输入进去，电极就出来，这是不可能，必须要进行分段设计这是一个跨尺度问题。

另外它是一个多学科问题，因为它涉及到机械包括之工程热力学，化学、材料学等等，因为你要把电堆设计的装配可靠，你要设计短板这属于固体力学设计东西。你要把进口和出口温度差控的很均匀，需要大量的流体的仿真，更难的是化学里面是电解和腐蚀的过程，你的材料是什么样的一个腐蚀过程肉眼看不见，所以我们要做大量的分子动力学。举一个简单的例子，我们要做涂层，你把这个打出来也不管事，比如说组合起来，有些组合又不耐湿又不导电，所以我个人认为作为交大的多学科的交叉，重点在于设计手段。在我们公司里面我们目前固化出来的设计的流程，仿真到了这个点就可以往下一步走。

实际上具体到流场设计，因为分解完之后，我就知道你的流场进出口温差是多少，这些分解完之后可以做大量的计算，通过仿真的计算，进口流出怎么分配，怎么分到80-100个流道这是第一个。

第二个在长度方向上面，怎么保证进出和出口，包括传制排水和排热都比较均匀，最终可以设计出一种新型的wavy cross流场，通过强制的传输能够实现三维流场的性能，这是我们将来降本的重要路径。

下面是电堆有400个电堆板还有800个密封圈，你怎么保证分配军队，这里面涉及到空气、还有冷却水，一不小心就导致不平均，通过这样的一种仿真模型，能够把它均匀的分配解决掉。

很多人在问我，能不能做到？能不能做到200千瓦、300千瓦，也可以做，只是现在没有必要再做，再做的话，你的装压泵都会出现问题。在18吨到32吨这种场景一个电堆就够了，40吨重卡要做到200千瓦的系统基本上用两个电堆，30吨以下一个电堆一套系统就够了。

另外，没有一个电堆适合所有的场景，对于乘用车要求的动力性，但是对于商业用车更重要的是效率，我们要省钱，哪怕100公里能够省一块钱也是一个好事，因为对于运输行业利润非常薄基本上在5%以下，所以每个场景车是不一样，电极设计不一样，工作点选择就不一样这是我们设计逻辑。

另外我为什么单独把密封拿出来，因为材料是一个逐步的衰减过程，图层衰减是可以看到的，密封的衰减甚至就可以漏气、漏水，这种整个电堆就失效，所以电堆的高可靠的密封非常难，中间是一个串联系统，这就导致可靠性要求非常高。所以我们要设计这个密封，首先要理解它的基层泄露到底是什么，到底是密封圈本身的泄露，还是和极板之间的粗糙度的问题，这里面我们要做大量的计算。

就是说在这么多装配过程中误差是不可避免的，我们密封圈的误差，在我们汽车制造领域是不可避免的，怎么样控制误差，怎么样设计这个误差？

举一个例子，就是我们的车不能让车造到最后，车窗和车门装不上，就是在设计上把容差设计到这里面去，通过通过每个零部件，不能硬要往里面压，包括密封采用什么样的结构，采用的方型、T型、圆形的还是O型的都不一样，包括在装配出现误差的时候，包括对可靠性的影响这个重点也要去考虑。

另外在这么多零件装在一起的时候，怎么样设计容差，在汽车领域叫“容差分配”，这个“容差分配”设计好，才能平衡，这个电堆是非常的平，片和片之间的是正负0.1，总共装到400片是0.5以内，这通过机械制造来控制。

另外，最终我们走上一个大批量制造，除了批量还得要智能，这个我们倒不是要去蹭人点，这个里面有很多智能制造的生产线这个逻辑就是，所有的零部件都有误差，所有的成本都有不同。所以我们在每一块的双极板都有二维码这个定位孔的偏差是多少，这边的膜电极碳纸的偏差是多少，密封圈的厚度是多少，这个后台可以做一个数据孪生和数据计算比如说003电极板和008电极板放在一起很好，这是智能制造的底层逻，这是一个智能制造核心逻辑在这里面，中国移动也给我们提供了技术的支持。

接下来我们介绍一下上海氢晨是上海交大10-15的核心技术，我们氢晨主要是核心电堆，我们也不会再往上做动力系统，我们主要是把电堆做好。我们经常说的话，铁路机车各守一段，每个人把这一段做到最精最产业，这样的话，这个产业才能提升。所以我们定义在核心的电堆，那这个是我们临港自贸区做的第一条生产线，目前产线是2千台，我们希望明年做到1万台，后年做到2万台。

这是我们目前的产品系列，针对轻型卡车、冷链车、还有通勤车做了相应的电堆。电堆的我介绍一下这个里面的设计逻辑就是有竞争力第一要好性能、第二要长寿命，第三个低成本，这个说很容易做到非常难。所以通过高性能通过几方面？

第一首先你的设计要好，性能好了之后，你用的材料少了，成本也降低。

第二是配套。不是最好的膜电极和双极板配在一起匹配很重要。

第三是寿命很重要，有人问你这个电堆板，你的传热怎么样，材料的衰减只是他一部分，还有更多的密封失效也是一个，这里面高精度的制作也有关系。如果制造的精度的不好的话，我们膜电极涂层也不好，这个放在一起就开裂。

接下来通过WAVY CROSS的设计，现在的振动，包括IP可以做到IP68，还有高稳定性和高可靠性。片和片可以做到正负0.1，在额定的点可以6.5个毫伏，充电电点压偏差8.5MV，电池最怕出现偏差，一致性非常重要。另外从整个寿命来讲，短时间内我们电堆150千瓦是可以长时间运行，我们可以稳定在一个小时以上。另外说的长寿命有几大要素，第一个流场设计比较好，不能出现逐步的过气过干过湿，这个电极可以达到1.6度。所以这个设计非常重要，你绝对不能出现某个地方积水、嵌气这是第一个。

第二个连接之间非常的均匀，否则的话会出现木头理论和短板效应。

第三还要通过一些材料、图层、密封材料的老化等等。

另外两个最重要的，就是膜电极包括涂层。

另外就是刚刚说的寿命跟制造精度非常有关系，左边的这个图就是实现自动化的去调配，我们通过自动的激光装完之后，每个装满400之后，到底有没有装歪，后台会传到系统里面去，如果已经出现偏差的话，就不能装。目前我们这个电堆跟捷氢还有差距，包括所有的防水、防尘等也有做了。

第一把性能做高了，成本就下降了这是第一个逻辑。

第二要做到集成度一体化端板集成了集流板，绝缘板和端板，减少了部件，成本降幅可达56.92%。

对进气雅量，进气量、增湿等要求的降低，可以适配更多BOP辅件，从而带来系统成本降低约30%，我设计一个电堆用户来集成是不是很难，反过来讲，用户舒服了成本就会降低。目前这个电堆可以实现全国产零件的集成。

这个是我们在上海临港做了一个自贸区，我们在这里了一个示范园区，最后感谢大家，也非常抽空到上海临港去指导，讲的不到之处请领导批评指正。

谢谢大家！

（注：本文根据现场速记整理，未经演讲嘉宾审阅）