2020WNEVC创新技术解读一体化大功

技术创新性

一体化大功率燃料电池系统技术，是国内首创，且同时应用于乘用车和商用车双平台的大功率、高集成、高性能的燃料电池系统技术。一体化大功率燃料电池系统主要由电堆、空压机、氢循环泵、水泵、DCF和控制器等零部件构成，技术主要创新点如下：1）高度的系统集成。采用空气侧无外增湿的技术路线，减少增湿器的使用并有效节约体积及降低重量；同时通过模块化设计和嵌入式集成方式，有效缩小系统体积，使得该系统不但可以满足商用车的布置要求，还能满足乘用车前舱集成要求。2）优异的热管理性能。基于多尺度、多物理量耦合的全电池一维、二维和三维模型开展双极板设计，提升双极板传热、传质效率。此外，采用热管理模块及无级调速水泵，实现温度、温差双参数快响应高精度控制。3）智能的控制策略。建立基于面向控制的燃料电池动态模型、智能控制算法、模块化的软件架构和全面实现闭环控制策略，保证燃料电池系统运行可靠性和安全性。在技术开发过程中，基于以上创新点已完成36项的专利申请，已授权15项。

捷氢科技一体化大功率燃料电池系统PROMEP

技术先进性

评价燃料电池系统技术的主要关键指标包括：功率、比功率、催化剂使用量、低温启动及寿命。一体化大功率燃料电池系统技术的多项性能指标均处于先进水平，如：1）电堆功率kW，系统功率92kW。功率处于全球领先水平。2）采用超薄的金属双极板及复合质子交换膜，实现膜电极的重量及体积降低，电堆实现3.1kW/L体积功率密度。同时通过采用氢循环泵实现阳极增湿和氢气循环，优化集成框架，实现系统W/L的高体积功率密度；3）通过研究低Pt载量膜电极在低电流密度下的氧还原动力学规律和在高电流密度下的传质规律，指导关键材料的优化改进和低Pt膜电极的结构设计。该燃料电池系统技术实现贵金属Pt载量0.35mgPt/cm2，优于国际先进水平0.4mgPt/cm2，有效降低成本及节约资源。4）建立质子交换膜中水含量状态的在线智能检测与控制策略优化，实现-30℃的无辅助热源的低温启动。同时通过智能控制算法实现动态响应加载和减载30kW/s，为全功率燃料电池汽车提供应用基础。5）建立从微观到宏观、从材料到系统的全尺寸和多维度仿真分析模型，与产品设计、研发、应用互相形成验证，理论联系实际，加快技术开发迭代速度。

建立从微观到宏观、从材料到系统的全尺寸和多维度仿真分析模型

技术重要度

1）大功率燃料电池系统技术应用广泛。中小型功率燃料电池系统满足不了大型客车和中重卡车型应用的功率需求。通过开发、应用大功率燃料电池系统技术，逐步实现燃料电池系统直接向传统发动机看齐，使得燃料电池系统可直接替换车辆的发动机，实现以燃料电池功率为主的动力系统技术商业化应用。2）实现燃料电池系统高集成化、轻量化，有效节约体积及重量，汽车零部件的集成化设计已经成为必然趋势，而一体化大功率燃料电池系统技术是国内燃料电池系统设计、集成的先锋。3）-30℃低温启动，涵盖全气侯环境适应性，解决锂电池低温性能的技术痛点并实现全国区域使用。4）高系统效率，有效节能，实现同等氢耗下，续航里程的提高。5）通过研究系统散热、绝缘、故障诊断技术等燃料电池系统共性的关键技术问题，如燃料电池汽车的绝缘特性与机理、燃料电池汽车整车散热系统优化设计及匹配、高功率密度燃料电堆关键技术、燃料电池系统故障诊断技术等。形成具有自主知识产权的技术，突破大功率车用燃料电池系统技术瓶颈，推动我国车用燃料电池技术的发展。6）带动产业链的共同发展。通过开发一体化大功率燃料电池系统技术，与零部件企业共同开发，如大流量的空压机、高压直流DC/DC、超薄金属双极板的技术突破。并通过后续的应用，未来形成标准化、规模化，提高产品的可靠性及降低产品成本。

技术应用前景

氢能是未来重要的清洁能源之一，是调整产业结构、拉动经济增长的重要途径。燃料电池技术是氢能清洁利用与氢能产业发展的关键。交通领域应用是燃料电池技术目前应用最主要的方面。车辆应用方面，中重型货车作为燃料电池未来重点发展方向，对功率和效率的要求较高，一些重型货车需要几百千瓦的功率，小功率型的燃料电池则需要采用多个系统共同运行，空间受到一定的限制，可靠性也存在一定的风险。一体化大功率燃料电池系统技术可有效的解决上述问题。同时，-30℃低温冷启动可实现车辆的多环境应用，可补足目前纯电动技术在北方区域应用不足的空白，形成优势互补局势。目前已经有3款车型搭载该技术，包括乘用车、12吨及18吨物流车。预计应用该技术的产品年投放规模超台套，年超台套，年超0台套。一体化大功率燃料电池系统技术不仅可满足多种车型应用需求，也可应用于船舶、分布式发电及氢燃料电池应急电源等领域。

技术所属单位：上海捷氢科技有限公司