隨著氫能重卡等應(yīng)用場景的興起，燃料電池系統(tǒng)開始向200kW以上跨越，大功率燃料電池系統(tǒng)開發(fā)的背后需要突破哪些挑戰(zhàn)？從設(shè)計(jì)、開發(fā)到場景應(yīng)用又該注意哪些問題？

在2022高工氫電年會(huì)的系統(tǒng)與零部件專場，風(fēng)氫揚(yáng)科技技術(shù)副總工李欣欣在主題演講“燃料電池系統(tǒng)進(jìn)階方法論”中，介紹了公司的產(chǎn)品開發(fā)思路和應(yīng)用邏輯，風(fēng)氫揚(yáng)科技也憑借3年3款產(chǎn)品的迭代升級，多元化應(yīng)用的拓展快速躋身國內(nèi)燃料電池系統(tǒng)第一梯隊(duì)。

大功率240kW產(chǎn)品上市  系統(tǒng)形成功率全覆蓋

“風(fēng)氫揚(yáng)燃料電池系統(tǒng)的特點(diǎn)用一句話總結(jié)就是‘更輕、更小、更高’ 。”李欣欣表示，風(fēng)氫揚(yáng)的系統(tǒng)與市場上的同功率產(chǎn)品相比，重量輕19%，體積小16%，功率密度突破700W/kg。

這主要得益于風(fēng)氫揚(yáng)科技的三大創(chuàng)新：風(fēng)氫揚(yáng)全球首創(chuàng)的異源同構(gòu)的開發(fā)策略，可以快速兼容主流電堆品牌；全球首創(chuàng)超級矩陣開發(fā)平臺(tái)，系統(tǒng)開發(fā)周期下降80%；全球首創(chuàng)DDU數(shù)字配電單元，使系統(tǒng)更加智能。

作為一家專業(yè)的燃料電池系統(tǒng)提供商，風(fēng)氫揚(yáng)在源頭上塑造自己的核心競爭力。為此，公司打造了極具價(jià)值的深度差異化技術(shù)和靈活的制造平臺(tái)，率先推出領(lǐng)先于行業(yè)的全功率段產(chǎn)品線，以強(qiáng)勁動(dòng)力、長壽命、長續(xù)航、低能耗、全維度適配不同應(yīng)用場景需求。

現(xiàn)階段，風(fēng)氫揚(yáng)的燃料電池系統(tǒng)產(chǎn)品涵蓋3kW到2MW，應(yīng)用場景囊括小功率、中功率和大功率使用頻段，可以在小型發(fā)電裝置、智能搬運(yùn)、叉車等小功率場景；城市巴士、物流貨運(yùn)、市政環(huán)衛(wèi)、港口機(jī)械等中功率場景；以及重卡、工程機(jī)械、建筑熱電聯(lián)供、分布式發(fā)電等大功率場景使用。

隨著燃料電池汽車市場的發(fā)展和應(yīng)用場景的擴(kuò)張，燃料電池產(chǎn)品也隨之不斷進(jìn)化。風(fēng)氫揚(yáng)科技首創(chuàng)“通用化”平臺(tái)開發(fā)理念，3年時(shí)間已經(jīng)經(jīng)歷了3代產(chǎn)品的迭代升級。

其中，第一代CHIGMA氫格瑪系列產(chǎn)品，適配1款電堆，功率密度達(dá)到715W/kg，產(chǎn)品覆蓋65kW、80kW、120kW；第二代產(chǎn)品是SINGULA元極系列，適配15個(gè)品牌電堆，可以在兩個(gè)月完成系統(tǒng)樣機(jī)開發(fā)，比同行研發(fā)時(shí)間降低80%，產(chǎn)品覆蓋110kW和120kW。

第三代元極+仍在不斷的突破過程中，第三代產(chǎn)品能將生產(chǎn)效率從從之前的單臺(tái)裝配時(shí)間12小時(shí)，提高到2個(gè)小時(shí)；并且可靠性、穩(wěn)定性大幅提升，成本降低40%。該系列產(chǎn)品覆蓋80kW、120kW、200kW、300kW。目前第三代元極+技術(shù)的典型代表是240kW的燃料電池產(chǎn)品，更高功率的300kW系統(tǒng)將在2023年發(fā)布。

“公司240kW系統(tǒng)是采用雙堆單系統(tǒng)，使用成熟的150kW大功率單堆產(chǎn)品，產(chǎn)品穩(wěn)定可靠，具有集成度、高效率、高可靠、高安全、長壽命、易維護(hù)等優(yōu)勢。”李欣欣表示第三代有了多處提升：燃料電池功率從120kW提高到240kW，功率增加1倍，系統(tǒng)體積僅增加20%，系統(tǒng)質(zhì)量降低7kg，質(zhì)量功率密度提高71%。

風(fēng)氫揚(yáng)的系統(tǒng)開發(fā)邏輯

風(fēng)氫揚(yáng)成立于2019年3月，是一家專注于氫燃料電池系統(tǒng)及關(guān)鍵零部件研發(fā)、生產(chǎn)、銷售的高新技術(shù)企業(yè)，公司總部位于上海嘉定汽車新能港。風(fēng)氫揚(yáng)目前已形成CHIGMA氫格瑪、SINGULAR元極、CHIGMAMINI及固定式發(fā)電站四大產(chǎn)品系列。

能在3年時(shí)間里，快速迭代3代產(chǎn)品，風(fēng)氫揚(yáng)系統(tǒng)開發(fā)的秘訣又是什么？

“我們?nèi)剂想姵叵到y(tǒng)開發(fā)，可以總結(jié)為‘12347’這樣的一個(gè)開發(fā)的方法。”李欣欣表示，風(fēng)氫揚(yáng)科技開創(chuàng)一個(gè)平臺(tái)，建立兩個(gè)架構(gòu)，形成產(chǎn)品三大關(guān)鍵模塊，植入系統(tǒng)四大基因，自主掌握七大關(guān)鍵零部件，從而形成跨越式發(fā)展的核心競爭優(yōu)勢。

一個(gè)平臺(tái)是指異源同構(gòu)開發(fā)平臺(tái)。基于“異源同構(gòu)” 理念，依托車規(guī)級開發(fā)流程，通過133項(xiàng)基礎(chǔ)技術(shù)攻關(guān)，53類820項(xiàng)零部件及系統(tǒng)工程樣件驗(yàn)證，打通原理設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)開發(fā)、控制優(yōu)化、試驗(yàn)驗(yàn)證等底層開發(fā)邏輯，建立系統(tǒng)通用基礎(chǔ)技術(shù)平臺(tái)；實(shí)現(xiàn)燃料電池系統(tǒng)既快又好的開發(fā)，整體開發(fā)效率提高80%。

兩個(gè)架構(gòu)，第一個(gè)是智能化電氣架構(gòu)及軟件，首創(chuàng)面向未來的智能化電氣及軟硬件架構(gòu)，支撐燃料電池系統(tǒng)深度智能升級，實(shí)現(xiàn)軟件定義產(chǎn)品的跨越；第二個(gè)架構(gòu)是物理供能架構(gòu)，建立了四級物理供能架構(gòu)，打通燃料電池系統(tǒng)開發(fā)邏輯，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)功能高度融合及最優(yōu)化設(shè)計(jì)，這樣公司的零部件從供給層到集成到應(yīng)用層實(shí)現(xiàn)技術(shù)和產(chǎn)品的雙通道。

三大模塊包括電堆集成模塊、氫氣供給模塊、空氣供給模塊。

其中，電堆的集成模塊，實(shí)際上是給電堆創(chuàng)造了一個(gè)非常舒適的工作環(huán)境，采用兩腔的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)電堆和CVM干濕分離，滿足氫空、水、電介質(zhì)傳輸與監(jiān)控。

氫氣供給模塊，實(shí)現(xiàn)了行業(yè)首創(chuàng)同軸雙引射，實(shí)現(xiàn)了高集成度，零寄生功率，和全功率范圍覆蓋。

空氣供給模塊，公司采用多節(jié)點(diǎn)流量比例控制網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，具備干氣吹掃，濕度調(diào)節(jié)，能量回收，尾排稀釋，組分濃度調(diào)節(jié)等五大供能，對空氣流量、濕度控制靈活度高，適應(yīng)性強(qiáng)。

四大基因，公司通過133個(gè)技術(shù)基礎(chǔ)專項(xiàng)研發(fā)，攻克水熱管理、能量管理、低溫啟動(dòng)、絕緣安全等技術(shù)難題，建立長壽命、高能效、高可靠、高安全四大產(chǎn)品基因。

七大關(guān)鍵零部件都實(shí)現(xiàn)自主開發(fā)，從CVM、FCU、DDU、CCU、T-BOX、節(jié)氣門到空氣流量計(jì)，風(fēng)氫揚(yáng)全部掌握自主設(shè)計(jì)開發(fā)能力。

應(yīng)用場景全面突破

除了強(qiáng)大的產(chǎn)品開發(fā)能力，風(fēng)氫揚(yáng)在應(yīng)用方面也是屢創(chuàng)佳績。公司的產(chǎn)品已實(shí)現(xiàn)在氫能客車、公交、重卡、叉車、港口輪胎吊等場景的應(yīng)用落地。

在城市客車方面，搭載風(fēng)氫揚(yáng)科技120kW系統(tǒng)的49噸牽引車，目前已批量投入張家港市運(yùn)營，用于港口貨運(yùn)短駁；目前無故障運(yùn)行累計(jì)時(shí)長超過10萬公里，百公里氫耗平均10kg，處于行業(yè)領(lǐng)先水平。

在氫能重卡方面，搭載風(fēng)氫揚(yáng)科技110kW系統(tǒng)的49噸牽引車，已于今年5月首次批量投入運(yùn)營，用于港口貨運(yùn)短駁。前不久，風(fēng)氫揚(yáng)配套的批量49噸重卡正式完成了系統(tǒng)安裝和調(diào)試，并由終端運(yùn)營客戶順利上線運(yùn)營，公司實(shí)現(xiàn)對北方區(qū)域重卡應(yīng)用場景的覆蓋。

在工程應(yīng)用領(lǐng)域，搭載風(fēng)氫揚(yáng)科技65kW燃料電池系統(tǒng)，40噸港口輪胎吊應(yīng)用于上海港，為行業(yè)首臺(tái)燃料電池輪胎吊設(shè)備，填補(bǔ)了行業(yè)空白；該套系統(tǒng)以氫電模式進(jìn)行連續(xù)作業(yè)，平均氫耗2.78kg/h （約0.11kg/箱），采用換氫模式，單套氫系統(tǒng)可連續(xù)作業(yè)8.5小時(shí)。

為應(yīng)對更大功率的燃料電池場景應(yīng)用，風(fēng)氫揚(yáng)還根據(jù)256t礦卡500kW額定輸出的需求，采用5個(gè)SINGULAR110系統(tǒng)并聯(lián)輸出，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)最高效率＞60%，目前該項(xiàng)目正處于方案對接中。

在小功率的叉車和熱電聯(lián)供等應(yīng)用場景，搭載風(fēng)氫揚(yáng)開發(fā)的12kW燃料電池系統(tǒng)叉車，累計(jì)驗(yàn)證時(shí)間突破1000h，整車性能表現(xiàn)穩(wěn)定可靠；現(xiàn)場實(shí)測加氫一次可連續(xù)工作6小時(shí)，加氫時(shí)間3分鐘；風(fēng)氫揚(yáng)開發(fā)的6kW熱電聯(lián)供設(shè)備，用于中山市某廠區(qū)內(nèi)，為廠區(qū)提供局網(wǎng)電力及生活用水，該設(shè)備可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)啟動(dòng)和手動(dòng)啟動(dòng)兩種模式，余熱利用的換熱效率在90%以上。

為了加快推動(dòng)氫燃料電池的商用，風(fēng)氫揚(yáng)也不斷加強(qiáng)外部的合作。12月2日，風(fēng)氫揚(yáng)科技與濮陽市政府簽署合作協(xié)議，風(fēng)氫揚(yáng)將在濮陽投建研發(fā)生產(chǎn)基地，建設(shè)年產(chǎn)20000臺(tái)套燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)線，以及年產(chǎn)200臺(tái)套固定式發(fā)電站產(chǎn)線等項(xiàng)目。

未來風(fēng)氫揚(yáng)科技將依托國內(nèi)的氫能產(chǎn)業(yè)、資源及政策優(yōu)勢，聯(lián)合風(fēng)氫揚(yáng)戰(zhàn)略合作伙伴，構(gòu)建完整的氫能利用生態(tài)，持續(xù)推進(jìn)燃料電池公交、重卡、叉車及固定式發(fā)電站的批量化應(yīng)用落地。