鉅大LARGE | 點擊量：1464次 | 2018年08月02日
揭秘清華大學燃料電池動力系統 推動其產業化
目前國內在燃料電池領域有清華大學、武漢理工、大連物化所、同濟大學等幾大研究團隊，其中清華大學在燃料電池動力系統研究及產業化推動方面都起到了非常重要的作用。
6月28日，氫能產業創新發展論壇在清華大學舉辦，中國科學院院士、清華大學教授歐陽明高在會議上詳細介紹了清華大學的燃料電池動力系統的技術路線圖及產業化情況。
“第一個層次，我們研發了燃料電池的混合動力系統，發動機是外協的；第二個層次，我們研發了燃料電池發動機，燃料電池的電堆是外協的；第三個層次，我們成功研發燃料電池電堆，燃料電池膜電極是外協的?！睔W陽明高說，接下來要開始燃料電池膜電極的開發，已經組織了國際一流的研發隊伍。我們采取了“剝洋蔥模式”，層層深入，將技術鏈逐環解耦。
首先，研發燃料電池混合動力系統。早期的燃料電池客車以燃料電池直接驅動為主流技術路線。清華大學發明了能量混合型燃料電池混合動力，燃料電池只提供車用的平均功率，而車用的峰值變化功率由動力電池提供。這區別于豐田公司的功率混合型燃料電池混合動力。
清華大學還發明了Soft—run商用車燃料電池混合動力功率分配控制方法，把劇烈變化的車用負載轉化成燃料電池功率基本不變，集中在穩定的功率范圍，這樣使燃料電池的耐久性成倍提高。早在2007年就實施了國際首例燃料電池客車氫-電系統帶壓碰撞實驗。關聯公司研發的高壓氣態氫系統已經形成系列產品，并獲得國家頒布的特種設備安裝改造維修許可證。
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充電溫度：0~45℃
-放電溫度：-40~+55℃
-40℃最大放電倍率：1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%
歐陽明高表示：“我們研發了整個燃料電池混合動力系統，并與企業合作開發了首批獲得國家產品公告的燃料電池城市客車?！?/p>
從示范考核、應用擴展，到率先實現燃料電池客車成套商業化的具體路徑為：2008年在奧運會示范，2010年在國外新加坡示范，2011—2012年聯合國UNDP全球清潔城市示范，2016配合企業開發的世界上首臺燃料電池有軌電車獲得國際氫能協會頒發的獎勵，2017年配合企業開始燃料電池客車的商業化。
其次，研發燃料電池發動機。利用內燃發動機電控技術優勢，研發了氫氣電控噴射與陽極再循環系統，發明了帶陰極再循環的燃料電池發動機空氣系統。開發了燃料電池發動機的控制系統和燃料電池專用DC/DC，可以直接利用交流阻抗反饋膜的含水量。
“我們實現了商用車燃料電池發動機系統集成的技術突破，進行了三代產品開發。”歐陽明高介紹，我們培育了國內首個燃料電池發動機上市公司億華通科技股份公司，并建立了北京燃料電池發動機工程技術中心，率先獲得百臺級客車燃料電池發動機銷售。
目前，億華通科技股份公司的燃料電池發動機配套在燃料電池客車領域處于領先地位。目前的產品是完全采用自主電堆的新一代發動機。今年前四個月生產了燃料電池發動機150臺，預計全年銷售500臺左右。
再者，研發燃料電堆模塊。開展了電堆的設計優化，重點進行了雙極板的研發。
電堆方面，深入研究了電堆工程熱物理與狀態辨識技術，對于電堆“水-熱-氣”狀態失衡影響壽命的關鍵難題，發展了基于模型的堆內狀態估計與管理方法，并且開發出新一代商用車燃料電池電堆，初步進行了1千個小時以上的試驗，壽命超出預期。
“我們進行了電堆模塊的集成化工程開發，以滿足國家標準的各種要求。”歐陽明高在會議上介紹清華相關公司上海神力科技有限公司燃料電池電堆的系列產品，利用碳板實現了功率密度2千瓦/升(這對于碳板電堆而言，功率密度很高。豐田電堆功率密度3.1千瓦/升用的是是金屬板，金屬板用于轎車只需要5千小時壽命；而商用車對運行壽命要求更高，必須要達到1萬小時以上)。
“我們堅持碳板技術路線，因為做的是商用車的長壽命燃料電池電堆。”歐陽明高補充強調，從長壽命的角度衡量，碳板還是有優勢的。我們實現了石墨樹脂復合材料雙極板的自動生產，現在正在建自動生產線，使雙極板的成本大幅下降。
在會議上，歐陽明高還介紹了清華大學關于燃料電池動力系統的長壽命長期發展技術路線圖：2020年的壽命目標是1萬小時，2025年大于2.5萬小時。新研制的電堆壽命已經接近1萬小時這個目標，所以2020年產品的壽命應該會超過1萬小時。
產業化方面，首先清華基金控股的北京億華通科技公司，2004年以來致力于燃料電池發動機的研發和產業化，實現中國燃料電池發動機批量生產，并具有自主知識產權和產品系列，2016年在新三板掛牌，實現中國氫能燃料電池公司在資本市場零的突破。
另外，上海神力的電堆基地實現了模壓石墨的雙極板批量生產，新一代燃料電池電堆的批量生產，同時建立了燃料電池電堆測試中心，面對全社會提供測試服務。還有張家口的燃料電池發動機基地和制氫基地，以及設在加拿大的研發基地，將率先開展膜電極研發。
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