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2021年9月15-17日，“第三屆世界新能源汽車大會(huì)”（WNEVC 2021）在海南國(guó)際會(huì)展中心盛大召開，由中國(guó)科學(xué)技術(shù)協(xié)會(huì)、海南省人民政府、科學(xué)技術(shù)部、工業(yè)和信息化部、生態(tài)環(huán)境部、住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部、交通運(yùn)輸部、國(guó)家市場(chǎng)監(jiān)督管理總局、國(guó)家能源局共同主辦。本次大會(huì)以“全面推進(jìn)市場(chǎng)化、加速跨產(chǎn)業(yè)融合，攜手實(shí)現(xiàn)碳中和”為主題，邀請(qǐng)全球各國(guó)政產(chǎn)學(xué)研各界代表展開研討。

在9月17日上午舉辦的“燃料電池商用車示范應(yīng)用與技術(shù)創(chuàng)新” 主題峰會(huì)上，上海氫晨新能源科技有限公司副總經(jīng)理白云飛發(fā)表精彩演講。

白云飛主要觀點(diǎn)如下：

白云飛介紹了氫晨在開發(fā)燃料電池過程中的具體實(shí)踐，他認(rèn)為燃料電池是一個(gè)非常復(fù)雜的重要核心零部件，在開發(fā)過程中會(huì)面臨很多技術(shù)難題，需要在設(shè)計(jì)、裝配和量產(chǎn)方面做好功課。希望借助政府的規(guī)劃，加快產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用。

以下內(nèi)容為現(xiàn)場(chǎng)演講實(shí)錄：

各位同仁，大家上午好。剛剛不管是余老師、還是盧總、還是侯教授都介紹了關(guān)于燃料電池的前景趨勢(shì)，包括一些技術(shù)。氫晨昨天剛剛獲得了這次大會(huì)的獎(jiǎng)項(xiàng)，我們從2005年就開始做研究，下面我把氫晨產(chǎn)業(yè)化的工作向各位同仁們匯報(bào)一下。

今天的題目是大功率電堆技術(shù)的挑戰(zhàn)和產(chǎn)業(yè)化，主要分三個(gè)部分：第一個(gè)部分是大功率電堆歷史機(jī)遇；第二個(gè)是技術(shù)挑戰(zhàn)；第三個(gè)是產(chǎn)業(yè)化的成果。電堆的歷史機(jī)遇，從能源角度也好，從碳達(dá)峰角度也好，各位專家其實(shí)都說的非常好，包括碳稅也有。因?yàn)闀r(shí)間關(guān)系，我就不過多闡述了。

燃料電池大家應(yīng)該都很熟悉，我重點(diǎn)跟大家匯報(bào)一下，技術(shù)挑戰(zhàn)當(dāng)中我們做的一些工作。燃料電池是一個(gè)非常復(fù)雜的重要核心零部件，在開發(fā)過程中會(huì)面臨很多技術(shù)難題。氫晨發(fā)布了150千瓦的電堆，由400節(jié)的單電池組成，有700多平方厘米，在這個(gè)面積當(dāng)中的每一節(jié)的電池中間的密封都會(huì)非常的難。比如說整個(gè)在800個(gè)密封面上面，會(huì)有超過1500米的密封，如果密封有問題就不行。小電堆有一百多節(jié)，大功率的電堆甚至到的五六百節(jié)，這么多電堆裝配起來一致性怎么保證？這么多節(jié)的電池，裝配的時(shí)間和效率怎么保證滿足未來的生產(chǎn)需求？

所以我們整個(gè)的研究思路，包括的創(chuàng)新思路，都是采用的多學(xué)科跨領(lǐng)域的方法。既結(jié)合了機(jī)械工程、固體力學(xué)，又涉及到了傳質(zhì)、傳熱、電化學(xué)。每一張圖片上面都有自己的仿真模型，每一張后面都有曾經(jīng)或者現(xiàn)在都會(huì)有1到2個(gè)博士會(huì)做相關(guān)的工作。

綜合來看，電堆的整個(gè)的生產(chǎn)過程可以歸納為3點(diǎn)。第一個(gè)電堆在設(shè)計(jì)上一定要有高可靠的設(shè)計(jì)方法，設(shè)計(jì)好了怎么進(jìn)行裝配，必須需要高一致性的疊裝。電堆里面既有氣體流也有液體流，還有排水的問題。必須整體的做出來，涉及到電化學(xué)，電怎么傳導(dǎo)，通風(fēng)散熱怎么進(jìn)行，我們要研究當(dāng)中的水、電、熱的分布模型。我們建立了島和槽的分布，在分配區(qū)域的設(shè)計(jì)當(dāng)中都有模型設(shè)計(jì)，對(duì)3D的流場(chǎng)分析。做了這些之后，我們形成了“Cross-flow”的設(shè)計(jì)。

密封性的設(shè)計(jì)：燃料電池將近有1500米的密封要求。氫原子分子半徑非常的小，有反應(yīng)特性，我們結(jié)合機(jī)理上面來看，對(duì)碳納米橡膠材料做了分析。最后選擇雙峰結(jié)構(gòu)，只有雙峰結(jié)構(gòu)才能保證密封效果，實(shí)現(xiàn)了零下40度儲(chǔ)存。

流道和密封都設(shè)計(jì)好了，400多節(jié)的電池要考慮到誤差設(shè)計(jì)。我們?cè)谀る姌O、密封、端板整個(gè)的設(shè)計(jì)過程中，把層疊壓力進(jìn)行了仿真模擬計(jì)算。在計(jì)算過程當(dāng)中，對(duì)壓力傳遞和壓力的分布去進(jìn)行分析，這樣的分析過程可以實(shí)現(xiàn)整個(gè)的電堆壓力均勻分布，每一片單電池之間都要有可靠性。

設(shè)計(jì)的非常好了，那在裝配過程當(dāng)中能不能實(shí)現(xiàn)？為了保證每一片膜電極的來料都是非常可靠的，我們對(duì)來料進(jìn)行篩檢、測(cè)量，測(cè)量之后會(huì)計(jì)算、進(jìn)行ABC類的分類，分類之后進(jìn)行預(yù)裝，來保證整個(gè)的電堆的自動(dòng)識(shí)別，自動(dòng)匹配、自動(dòng)裝配，進(jìn)入全流程的監(jiān)控。匹配完成之后進(jìn)行裝配，裝配好之后執(zhí)行了“一面六桿”的方法，滿足了極限度小于0.3毫米的質(zhì)量要求。這個(gè)質(zhì)量要求能為后續(xù)的電堆的每一片的單電池的一致性作出保障。

疊的非常的準(zhǔn)，壓緊的時(shí)候是不是能保證一致性？能夠非常穩(wěn)定的把電堆壓緊才能實(shí)現(xiàn)400節(jié)的燃料電池的極差控制到20個(gè)以內(nèi)。

我前面說設(shè)計(jì)的非常好了，裝配的過程當(dāng)中也做了非常多的工作。但是裝配過程怎么樣能夠?qū)崿F(xiàn)產(chǎn)業(yè)化，怎么樣實(shí)現(xiàn)批量化制造。這通過全自動(dòng)的、批量的、柔性的生產(chǎn)線來實(shí)現(xiàn)。

首先要做部件的檢測(cè)，檢測(cè)的設(shè)計(jì)過程當(dāng)中，剛剛我提到了32個(gè)點(diǎn)做檢測(cè)，檢測(cè)的過程當(dāng)中我們用到的是每一個(gè)點(diǎn)，每一個(gè)檢測(cè)完了之后我們對(duì)極板的狀態(tài)進(jìn)行仿真分析，第二個(gè)裝完了之后對(duì)電堆的氣密性做檢測(cè)，進(jìn)行自動(dòng)抓取和放置的過程，每一個(gè)極片都有二維碼，抓起、放置的速度不一樣，速度不一樣會(huì)導(dǎo)致部件的抖動(dòng)導(dǎo)致垂直度的問題。

我們把整個(gè)的過程進(jìn)行了控制，既保證我的裝配時(shí)間在3秒以內(nèi)，還要保證我的整個(gè)裝配的質(zhì)量。

抓取完成之后是堆垛，一片膜電極一片雙極板來堆垛，定位、放置、回程實(shí)現(xiàn)電堆的裝配。100千瓦級(jí)的裝備，手工裝配是4個(gè)小時(shí)，我們現(xiàn)在實(shí)現(xiàn)20分鐘的裝配，同時(shí)能保證我們裝配的質(zhì)量。因?yàn)槲沂嵌研?0公分，保證電堆和電堆的一致性非常的好。

我們做了很多產(chǎn)業(yè)化的實(shí)踐。第一個(gè)我們?cè)诮淮笕剂想姵厣厦孀龅墓ぷ鳎?005年開始做的。我們?cè)谝幌盗械年P(guān)鍵零部件的企業(yè)都有做，到現(xiàn)在為止重卡、商用車、公交車等等都有很多應(yīng)用。

氫晨只做電堆，希望在電堆在燃料電池里面做的更精、更專更深、更快。大家一起談TCO, 我們的性能成本能夠跟傳統(tǒng)的燃油車相比，這個(gè)是未來能夠?qū)崿F(xiàn)氫能替代燃油的根本。

氫晨目前有四款產(chǎn)品，80千瓦、100千瓦、120千瓦、150千瓦。公交車、物流車、冷鏈車、重卡包括49噸全都有一些應(yīng)用，包括未來的一些艦船和備用發(fā)電我們都有很好的嘗試。

我們?cè)谠O(shè)計(jì)當(dāng)中使用的一些設(shè)計(jì)要求，尤其可以稍微的強(qiáng)調(diào)的一點(diǎn)，比如說振動(dòng)，振動(dòng)用的是國(guó)標(biāo)16750，我們用了6個(gè)G的加速度。整個(gè)堆看起來比較厚實(shí)，在質(zhì)量功率密度來說可能會(huì)有一些損失，但是整車的可靠性安全性才是第一位。

設(shè)計(jì)、研發(fā)、生產(chǎn)包括批量化生產(chǎn)已經(jīng)都在臨港的基地里面實(shí)現(xiàn)了。臨港有一個(gè)非常大的規(guī)劃，從2019年開始建立氫產(chǎn)業(yè)園，包括現(xiàn)在也在做加氫站，做一些公交、重卡的示范應(yīng)用。結(jié)合上海市的氫產(chǎn)規(guī)劃，馬上會(huì)發(fā)布臨港的氫產(chǎn)規(guī)劃，尤其是重卡領(lǐng)域。借助臨港、借助上海示范城市群，希望有更好、更快的發(fā)展，謝謝大家。

（注：本文根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)速記整理，未經(jīng)演講嘉賓審閱）