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材料技术突破 关键部件降本

发布日期: 2019-07-05
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作为高技术门槛的新兴行业,燃料电池行业正面临着技术不成熟、成本高昂等难题。这需要整车企业、燃料电池电堆及系统企业、核心材料企业、关键零部件企业及装备企业协同合作,共同推进国产燃料电池的产业化进程。

 

继7月3日一系列重磅演讲之后,7月4日,以“风口上起舞,刀口上前行”为主题的“2019高工氢电产业高峰论坛”在上海浦东嘉里大酒店3楼浦东厅精彩继续,来自车企、电堆及系统、核心材料、关键零部件、设备及氢气制储运等产业链各个环节的超500位企业高层将共聚一堂,围绕产品技术、行业发展趋势及企业应对策略展开深度探讨交流。

 

在7月4日的会议上,车企开沃汽车,电堆及系统企业武汉泰歌、氢途科技、国鸿氢能、神力科技、清能股份、新研氢能、雄韬氢雄、浙江润丰,核心材料/双极板企业及科研机构Gore(美国戈尔)、武汉理工大学、恒大新材、西北有色金属研究院、上海济平、上海弘枫、上海治臻,关键零部件企业潍坊富源、北京动力源、福瑞电气、雪人股份,设备企业宝德精密、科威尔、世椿智能等企业高层,或发表演讲,或参与圆桌对话,为国产技术进步献计献策。

 

燃料电池整车环节

 开沃汽车技术中心研究一院院长陈青生

 

开沃汽车技术中心研究一院院长陈青生发表“燃料电池客车示范运营浅析”主题演讲。2016年11月,开沃汽车获得氢燃料电池客车生产资质(全guo第四家);2016年开发12米氢燃料电池客车(第291批公告),该车型已在盐城投入10台示范运营;2017年开发第二代氢燃料电池客车,并在武汉投入示范运营;2018年开发第三代氢燃料电池客车,已在大同、武汉等地投入示范运营。

 

在氢燃料电池客车领域,开沃汽车拥有四大核心技术:1、氢-电混动系统you匹配:氢-电耦合you匹配技术,兼顾整车综合性能与成本;2、自主正向动力电池开发:自主开发30-50kWh高倍率动力电池,大充放电能力可达5C;3、能量管理与寿命平衡:能量流you管控策略,兼顾整车能耗、燃料电池与峰值电源寿命;4、结构优化设计与安全保障:氢燃料客车专用车身优化设计,保障结构安全。

 

陈青生表示,经过多年的发展,与国际xian进水平相比,中国燃料电池汽车在整车总体布置、动力性、氢气消耗量等基本性能方面已经差距不大,在动力系统的集成和控制方面也有明显进步,但在关键材料及工艺、关键零部件、整车集成以及耐久性等方面,国内多处在试生产、小规模生产阶段,差距明显。

 

燃料电池电堆及系统环节

 

武汉泰歌执行官朱水兴

 

武汉泰歌执行官朱水兴发表了“氢燃料电池系统控制策略与开发应用”的主题演讲。朱水兴介绍,氢能动力系统开发过程包括动力仿真计算、失效模式分析、结构设计、CAE/CFD仿真、零部件试制、零部件测试、系统匹配、系统测试等。

 

2018年9月28日,由武汉泰歌与南京金龙联合开发的“开沃·泰歌”号氢能动力公交车在东湖高新区359路线上示范运行,至2019年6月23日单台车累计运行里程超过2.7万公里;2019年4月4日,武汉泰歌8.5米“开沃·泰歌”号氢燃料电池公交车正式编入武汉汉南公交272路开展载客运营工作,至2019年6月23日累计运行里程超过10700公里,氢能动力系统零故障。

氢途科技总经理周鸿波

氢途科技总经理周鸿波发表题为“车用燃料电池发动机的开发与商业化推广”的主题演讲。周鸿波表示,燃料电池发动机系统有几个关键性指标,分别是功率密度、低寒/高温/高原、防护等级、gao效率、控制效果、工作噪声、动态响应能力及绝缘电阻。其中,控制效果取决于压力和温度控制精度、阴阳极压差、关机策略及健康管理策略。

 

周鸿波认为燃料电池发动机的稳定性是首要解决的问题,既要满足上游电堆匹配发挥大的功效,还要满足下游整车工况的需求;其次是发动机厂商出厂测试,品控体系需完善;目前大部分整车场对发动机的理解仍不足;相关行车数据的积累对燃料电池系统的更新迭代尤为关键。

 

国鸿氢能副总经理燕希强

 

国鸿氢能副总经理燕希强发表“佛山云浮共建氢能产业实践与思路”的主题演讲。燕希强介绍,佛山云浮氢能产业是目前国内“氢能产业发展基础hao、发展步伐快、产业集聚度高”的氢能产业园区,已将成较为完善的产、学、研一体的氢能产业基地。

 

佛山云浮“超前”思维与格局:1、对口帮扶云浮,两市进行共建,带动云浮市产业转型升级;2、在全国都跟着美国特斯拉大干纯电动汽车时,大胆选择氢能汽车产业作为主攻方向;3、在全球发达国家选择氢能乘用车作为突破口时,大胆选择氢能商用车作为突破口;4、在全国公认日本丰田为xian进氢能车技术时,我们大胆选择加拿大巴拉德公司进行合作;5、在全国都选择用增程电电混合式研发系统时,我们大胆选择30kW动力系统研发作为开始。

 

燕希强还介绍了佛山氢能产业发展“1111”战略:1、依托佛山绿色发展创新研究院成功打造一个国家ji氢能产业标准化创新基地;2、依托季华实验室成功打造一个具有国际水平的氢能产业核心技术研发平台;3、依托佛山制造业转型升级目标成功打造一个中国氢能产业大会品牌;4、依托低碳环保绿色发展战略成功打造一个1000台以上氢能商用车运营城市。

神力科技副总经理周斌

 

神力科技副总经理周斌发表了“自主燃料电池电堆的产业化实践”的主题演讲。作为拥有20年研发积累的企业,神力科技专注于自主燃料电池的开发与产业化,神力科技拥有473项专li申请,属我国燃料电池行业中申请数量多的公司,累计承担各个国家863和省部级的项目课题超过40项,已通过中国合格评定国家认可委员会(CNAS)现场评审,将有95项燃料电池电堆和发动机检测能力被推荐认可,这是对神力科技研发能力的充分认可和肯定。

 

在会议上,周斌结合燃料电池发动开发的痛点,引申并分享了神力科技的燃料电池电堆的V型开发模式,在其看来,设计验证(包括产品设计、验证方案设计和有效性评价)能力强弱决定了产品开发能力的高低,测试评价能力是产品开发过程和质量保证的重要手段。

 

所以,神力科技十分注重研发投入,除了建立了高学历专业人才队伍外,公司也将产品测试作为产品开发过程和质量保证的重要手段。神力科技建设了一liu的企业燃料电池测试中心,该中心占地1500平方米,配备各类大型专用仪器设备100台套,仪器总价值逾6000万元,承担燃料电池产品设计验证评估测试、原材料导入评价、产品出厂检验、委托检测等任务,测试对象涉及燃料电池关键零部件和原材料、电堆、模块、燃料电池发动机和配套辅助系统等各类测试。

江苏清能新能源技术股份有限公司总经理张弛

 

江苏清能新能源技术股份有限公司总经理张弛发表了“国产电堆商业化突围”的主题演讲

 

清能新能源成立于2003年,为全球多个汽车客户提供燃料电池系统,及大型电站系统。公司国产电堆商业化突围方向:1、高功率—长途重载应用的商业化基本需求;2、原创性技术—世界范围内的技术竞争力;3、成本优势—技术及深度网络。

 

原创性技术方面,公司自主研发超薄非常规流道石墨极板,拥有高功率密度(超过1.5W/cm2,4KW/L)、长寿命(超2万小时)等优势,已申请PCT、中国、美国等多国专li。自增湿设计有助于简化系统结构,降低成本,并提高系统效率;通过独特的水分扩散控制技术实现,在较厚的质子交换膜(15u)下,实现部分自增湿。

新研氢能技术官齐志刚

 

新研氢能技术官齐志刚发表了“金属极板及其电堆开发进展”的主题演讲。新研氢能专注研发生产燃料电池极板、电堆、发电系统和测试台。公司在北京、大连和大同分别设有子公司:北京新研、大连擎研、大同新研。

 

大同新研已与中通客车完成22辆9吨燃料电池物流车的装配,另外30辆也将在近期完成。公司与某客车企业达成了燃料电池客车的开发协议,预计该车于2019年8月上公告,并与2019年年底形成小批量订单。公司计划于2019年底之前共有2款物流车和2款客车上工信部公告。公司将在2019年下半年开始40kW级金属板电堆和系统的市场推广,和重要目标客户建立战略合作伙伴关系。

 

齐志刚透露,公司下一步工作有:优化磨具及极板成形条件;优化膜电极/极板匹配;为60~80kW电堆开发金属极板;实现每步半自动化或自动化生产,包括成形、焊接、镀层、封装、检漏等;实现生产全链条自动化或半自动化;达到年产1000个>40kW电堆的规模;2kW级空冷电堆达到1kW/kg的功率密度。

雄韬氢雄技术总监王立明

 

雄韬氢雄技术总监王立明在论坛上围绕“氢燃料电池研发进展与产业化挑战”发表主题演讲。谈及当前中国氢燃料电池研发进展及未来发展趋势,王立明表示,催化剂方面,研究新型高稳定、高性能的低Pt或非Pt催化剂是目前热点,低Pt催化剂是未来应用趋势;质子交换膜方面目前以全氟磺酸型膜为主流,复合膜、高温膜、碱性膜是未来发展方向;

 

膜电极制备方面,国内大部分厂商选择第二代CCM三合一膜电极技术,有序化膜电极工艺是未来发展趋势;国内燃料电池电堆以中高压路线为主,各项指标正在迈入国际前列;储氢装置未来向高压化、轻量化、低成本方向发展。

 

王立明直言,虽然燃料电池研发已经取得一定进展,但想要实现产业化还面临着诸多挑战。

 

燃料电池核心材料及双极板环节

 

武汉理工大学材料复合新技术国家重点实验室唐浩林教授发表了“燃料电池质子交换膜制造技术”的主题演讲。武汉理工大学从2003年开始有16年的质子交换膜研究历史。武汉理工大学在全氟磺酸树脂分散技术、高填充度复合质子交换膜制备技术、质子交换膜溶胀应力控制技术和缺陷基团原位消除技术等涉及质子交换膜制备技术、寿命和可靠性的应用基础性研究方面具有较多的积累。

 

在会议上,唐浩林教授着重讲了质子交换膜的性能需求、树脂溶液的选型与处理、制造技术对膜渗透值的控制、制造技术对膜寿命的优化、张力的控制需求等五个方面。他强调,由于在质子交换膜的生产制造过程中,精度要求高、没明显屈服点,多孔PTFE接触浆料收缩,树脂溶剂化膨胀,干燥与热处理收缩,所以对装备要求非常高。装备技术的进步对国产质子交换膜的量产应用意义重大。

Gore(美国戈尔)全球产品经理Takao Ohshima

 

Gore(美国戈尔)全球产品经理Takao Ohshima发表了“PEM燃料电池膜的性能和机械耐久性平衡”的主题演讲。在车用燃料电池质子交换膜领域,戈尔创造性地发明ePTFE(膨体聚四氟乙烯)的专有增强膜技术,所以核心产品GORE-SELECT®PEM具有超薄、耐用、高功率密度的特性,与全球领xian的新能源汽车制造商和燃料电池公司有着广泛而深入的合作。

 

Takao Ohshima说,戈尔具有定制ePTFE的结构来满足燃料电池膜需求的专有技术,并且能够大批量供货、质量一致性高而且成本低。戈尔以独特ePTFE技术打破成本-性能-耐久性之间的常规权衡,助力实现低成本$/kW的系统。

恒大新材氢燃料电池用胶技术工程师石曦泽

恒大新材氢燃料电池用胶技术工程师石曦泽发表题为“氢燃料电池用密封胶”的主题演讲。石曦泽表示,氢燃料电池是由很多小电池单元组成。单元电池是由膜电极,阴极板和阳极板组合而成,各层之间用胶密封,防止氢气和氧气泄漏,后将单元电池层层叠加形成燃料电池组件。

 

石曦泽认为,施胶工艺的不同促使产品产生差异化,单组分密封胶施胶工艺采机器点胶,胶水直接涂敷于部件表面然后固化,通常不需要模具,胶水固化后有一定的粘结力;双组分密封胶施胶工艺采用注射成型,需要特制模具,胶水固化后粘结力较小。

西北有色金属研究院杨乔森教授

 

西北有色金属研究院杨乔森教授在论坛上分享铂炭催化剂产业化现状及发展趋势。杨乔森指出,催化剂就是整个氢燃料电池行业的命脉。因而,催化剂的国产化是氢燃料电池发展的亟需解决的核心材料成本问题。

 

目前hao的催化剂仍是Pt和Pt基催化剂。国内已实现燃料电池铂催化剂量产,但距离国际xian进水平仍有差距。本田Clarity催化剂Pt含量降至0.12g/kw,丰田Mirai燃料电池催化剂Pt含量达到0.175g/kw,而我国的铂用量大概在0.3~0.4g/kw。未来,国内燃料电池铂炭需进一步降低Pt用量。

上海弘枫总工王刚

 

上海弘枫总工王刚发表题为“机加工石墨双极板制备工艺及发展趋势”的主题演讲。据王刚介绍,为积极响应国家推动燃料电池零部件国产化的要求,满足石墨双极板行业未来趋势,弘枫实业已经扩大现有生产规模,可以年产150万件的机加工石墨双极板。

 

王刚表示,石墨双极板成本之所以高的原因在于其加工方式,弘枫实业主要采用机加工,以此保证产品的一致性、可靠性。倘若针对石墨双极板的进行设备引入,终的产品成本价格将难以为市场所接受,而弘枫实业的设备不止针对燃料电池这一单一行业,因此该公司的产品在价格上具有一定的竞争力。

上海治臻总经理蓝树槐博士

 

上海治臻总经理蓝树槐博士发表“燃料电池金属双极板发展趋势与产业化挑战”的主题演讲。上海治臻由上海交通大学科研团队(该团队拥有十多年金属双极板研发经验)发起建立,累计开发6代具有自主知识产权的金属双极板,主要应用于燃料电池汽车、船舶动力和无人机等新能源装备领域。支持了上汽等国内多家汽车主机厂和新源动力等燃料电池电堆企业的燃料电池金属板电堆技术发展。

 

蓝树槐博士表示,燃料电池金属双极板有几大挑战:一是燃料电池汽车定制需求多样化;二是车用燃料电池制造工艺要求高;三是超薄金属极板高质量大批量制造难度高。

 

上海治臻拥有金属双极板“全工艺链集成”的自主核心技术,能够面向大规模量产的智能制造稳健工艺开发。公司提出双极板制造工艺稳健设计方法,提高参数敏感性分析和稳健优化,显著降低质量对工艺波动的敏感性。

 

燃料电池关键零部件环节

潍坊富源总经理吴瑞峰

 

潍坊富源总经理吴瑞峰发表题为“燃料电池用空气悬浮离心压缩机技术研发难点及未来发展趋势”的主题演讲。目前离心式空气压缩机的研发技术难点体现在高速电机、轴承技术、高性能压气机和高性能电驱系统四个方面。

 

吴瑞峰认为,未来离心空气压缩机的中控制系统与主机系统将集合在一起,特别是在乘用车的应用上,要求提及更小,功率更大。

 

北京动力源产品总工侯钰珠

 

北京动力源产品总工侯钰珠发表题为“车载大功率燃料电池DC/DC变换器”的主题演讲。侯钰珠表示,DC/DC变换器在氢动力系统中属于关键部件,起着至关重要的作用。燃料电池输出的宽范围电压通过DC/DC进行升压稳压,一款的燃料电池DC/DC应具备做够的动态响应能力,同时不会对电堆寿命及整车安全性造成影响。

 

侯钰珠介绍道,“燃料电池DC/DC分隔离型与非隔离型两种,其中非隔离型具有拓扑结构简单、低成本等特点,然而其痛点在于冷却过程中无法做到完全绝缘。此外,非隔离型DC/DC相较于隔离型DC/DC抗干扰能力弱,隔离型增强了过载短路保护能力。”

福瑞电气总共汤忠

 

福瑞电气总共汤忠发表题为“燃料电池DC-DC变换器--产品及技术发展趋势”的主题演讲。汤忠表示,FCDC-DC在燃料电池动力系统中的核心功能是将燃料电池产生的能量传递给MCU(电机控制器)等,同时通过支撑电池将燃料电池的输出同电机控制器的输入解耦,改变FC输出特性,满足动力系统恒压源、动态响应等方面的要求。

 

汤忠认为,高能效、高功率密度、集成化、高性价比是燃料电池DC-DC变换器的发展趋势。对于非隔离型DC-DC功率电路拓扑需要考虑的是电堆系统绝缘性能对BMS绝缘监测的影响。

 

燃料电池设备环节

宝德精密董事长牛高堂

 

宝德精密董事长牛高堂发表了“受困工艺与成本?创新设备攻克膜电极量产痛点”的主题演讲。宝德独特的技术核心特点体现在高真空贴合、软对软贴合、软对硬贴合、系统开发等方面。公司自主研发一系列精密贴合及组装设备,均供货给行业内知名企业。基于成熟的精密贴合设备经验,近年来公司开始向设备开发难度极高的半导体行业、新兴燃料电池膜电极行业延伸,并根据不同工艺提供相应的自动化贴合解决方案。

 

牛高堂表示,质子膜贴合工艺存在“小批量多型号效率低、材料工艺更新快设备投资谨慎、膜薄易皱、气泡不易排出、保护膜剥离难、良率低、一致性差”等痛点。

 

“公司从擅长的热压贴合设备入手,同时结合做自动化产线的丰富经验,可以逐步根据客户需求提供相应的服务。”牛高堂说,公司存在的意义并不是简单地卖设备,而是从产业发展角度,与客户进行战略上的深度沟通,逐步提供相应的解决方案。

 

 

科威尔燃料电池产品线研发总监彭凯

 

科威尔燃料电池产品线研发总监彭凯发表了“核心部件全面测试,助力燃料电池行业快速发展”的主题演讲。科威尔成立于2011年,8年来立足于电力电子交换技术、测控技术平台的“相通性”,不断开拓新兴行业的各类产品线。公司早发力新能源发电行业,聚焦光伏逆变器的测试设备,如今已成为该领域的领军企业;其后延伸至新能源汽车领域,产品涵盖核心三电(电池、电机、电控)测试设备、充电桩等测试设备等。

 

近年来随着燃料电池行业的兴起,科威尔开始大力攻关燃料电池测试设备技术。在团队努力下,科威尔快速推出电堆测试系统、燃料电池发动机测试系统。新的产品和原有的DC/DC测试系统、大功率回馈式电子负载形成了完整的测试产品线。

世椿智能副总裁蔡奇志

 

世椿智能副总裁蔡奇志发表了“弥补燃料电池工艺设备版图的缺失”主题演讲。世椿智能成立于2005年,是一家集自动化流体控制设备的研发、生产、销售、售后技术服务为一体的国家ji高新技术企业。在燃料电池兴起之际,世椿智能在客户需求带动下,于2014年进入燃料电池设备领域。经过多年的研发,公司制造出了应用于膜电极封装设备及产线和石墨双极板自动点胶机和封装生产线等产品,得到了业内客户的广泛认可。

 

蔡奇志表示,现阶段燃料电池双极板/膜电极生产工艺亟需解决痛点:产品密封性要求高、产品生命周期短、自动化程度低、劳动密集、效率低、劳动力成本高。氢能电池批量化生产困境脱危途径:新材料/新工艺的研发导入;制定国家/行业标准;行业专业设备的开发与导入;工业机器人的导入,提高生产效率;产业智能制造改造升级,提率,降低成本。


 

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