捷氢科技姜峻岭：燃料电池技术创新应用与产业化发展

“高效而有针对性的动力系统能量管理策略，对于燃料电池系统的工作效率和工作寿命至关重要。”上海捷氢科技有限公司动力系统部总监 姜峻岭在“第三届综合能源服务产业创新发展大会氢能分论坛”上发表了以《燃料电池技术创新应用与产业化发展》为主题的演讲，从燃料电池系统架构、燃料电池整车集成方案、燃料电池动力系统能量管理策略、燃料电池整车性能开发等方面介绍了燃料电池系统应用关键技术。捷氢科技从2019年开始陆续推出了燃料电池系统、燃料电池电堆，具有完整的工程开发能力。

点击查看大会全部直播》》》

上海捷氢科技有限公司动力系统部总监 姜峻岭

以下为发言实录：

今天我的整个内容分成三部分，第一部分是氢能与燃料电池行业发展。第二部分是燃料电池系统应用关键技术，我这边主要做燃料电池系统在车辆使用方面的应用研究和开发的，所以讲的关键技术主要是讲燃料电池及燃料电池系统如何在车上使用的关键技术。第三部分会介绍一下捷氢科技燃料电池发展与展望。

讲氢能首先回顾一下整个人类能源发展，从最早生物能源到化石能源，再到现在的氢能，整个过程就是脱碳加氢的过程。从最早生物能源烧柴，到现在使用的石油，到后面使用的氢气，整个过程中碳的含量是越来越少的，而氢的含量是越来越多的，所以它是脱碳加氢的过程。

现在大家都在讲3060，碳达峰、碳中和，在这样一个大的前提下，就给了氢能发展机遇，氢能在整个能源发展过程中主要会涉及到四个。第一是低碳，刚才说的氢能是没有碳的。还有安全，实际讲到的是能源安全，它会作为新的能源，保证能源供应的安全。氢能是做一个能量的媒介，在电能、储能之间进行转换。

关于政策就不讲了，主要整理的都是核燃料电池在车端应用相关的国家的政策发展。对整个行业的发展现状，我们现在初步的一个判断就是燃料电池和氢能的应用，特别是在车用这个角度来讲，它从研发以及示范运营的阶段，正在起步进入商业化运营的转变过程中。因为在2018、2019年之前，我们讲这个的时候都是当前的阶段是示范运营阶段，但从2020年开始，它从示范运营开始向初步市场化应用的阶段进行转变。

接下来讲燃料电池系统在车方面应用的关键技术。首先是从燃料电池系统，一个燃料电池系统在整个系统集成过程中主要是围绕着燃料电池电堆这个核心组件来进行的，但我们需要集成的，通常把它称为四个方向：氢、空、水、电。氢指的供氢、排氢。空气是指空气路供应是如何供应的，最后如何把反应完之后的气体排走。水是指的冷却水，因为燃料电池整个反应过程中会释放出大量的热，但燃料电池这个地方指的是质子交换的燃料电池，它本身是低温的反应，所以它对散热要求比较高。至于电，燃料电池是发电的，所以你要解决的是如何你发的电如何供给电车，第二，电机架构如何来做的。在燃料电池的系统架构里，我们会有供氢的架构，蓝色这个，供应氧气的架构，还有冷却路的架构。

下面简单讲解一下关于燃料电池整车集成方案，分为两个，第一是物理集成，把它称为物质，就是燃料电池在机械和物理上如何集成上去的，跟你应用的车型相关比较大，到底是乘用车还是物流车，还是客车，燃料系统摆放位置，氢系统的方案都不太一样。物理集成方案大家比较好理解。

另外一个，能量流的解决方案。目前燃料电池还是需要动力电池的，动力电池只是它的一个辅件，就像燃料电池里面的空压机什么一样，它不是一个能源的供应单位。因为我们做的燃料电池是没有充电口的。燃料电池车根本来讲是一辆纯电车，因为它是靠电机驱动的。整个动力系统从这个能源端来讲，在早期集成的车里会有充电口，因为在示范阶段技术不成熟的时候，可能出现集成系统故障，我们会做充电口。现在完全没有充电口的，只是靠氢燃料电池供给。

这里面动力电池主要两个作用，第一，系统启动的时候，空压机总是要先转起来，转起来的电是从配的很小的动力电池里面来。动力电池放进来的原因，它是一个储能装置，能做整车的制动能量回收。因为燃料电池系统是个发电装置，不能储存能量，所以当整个车运行过程中，进行制动能量回收的时候，回收回来的电到动力电池里头，下一次需要电的时候再释放出来。因为在纯电车运行过程中，制动能量回收可以对整个能量提升是10%-20%，是非常可观，所以这里是个调节器，是整个系统的辅件。

所以刚才讲的，在整车应用中的关键技术，我们最需要做的就是你如何去控制和协调好整个系统的能量分配和能量供给。为什么我们现在可以做到燃料电池是不需要充电口，只需要加电口去运行，而且可以保持整个动力电池的电量平衡。控制到这一点最核心一点是整个动力系统在整车使用过程中能量管理策略是如何做的，这是各个车开发过程中的核心技术之一。

还有一点，当一个有针对性而且高效的动力系统的能量管理策略，对于提高燃料系统的效率，以及整个寿命是非常有帮助的。我们现在可以做到车载燃料电池工作达到一万个小时，可以对客户承诺和纯电是一样，可以做到八年质保的要求，很重要的是集成技术能不能做到这一点，这一点和传统发动机有点相通的地方。

谈到氢燃料电池汽车，大家一直在谈的事情就是关于安全，所以对于燃料电池车它独有的就是关于氢安全。氢安全需要做一个完整的氢安全的开发策略，才能保证从零部件，到系统集成，到整车应用，以及整车使用过程中，它的氢安全能够得到有保障的。因为对于一个明确的运行体系和标准，对于高可靠性、高安全性，对于能够做大规模推广非常重要。如果推广过程中有些车出问题，可能整个市场和整个行业就做不下去了，所以这点对我们来说至关重要。

在我们理解中，主要从三方面来讲。第一，本身氢安全设计，在系统集成，或者在车辆集成过程中，如何去保证你的设计就能够规避出现的失效模式。第二，假如出现了失效模式，如何有策略，能够及时切断整车的氢气供应，能够如何做好把泄漏出来的氢气去通风排掉，不至于达到它的燃爆点。第一，你要从设计上保证它不会出问题，第二，出问题了你又要怎么办。第三，你保证自己不出问题，但是当别人出问题，发生碰撞的时候，你又要怎么办，要有一套严格的控制策略，和这样一套感知策略，能够保证当车辆发生碰撞，比如供氢管撞断了怎么办，要有严格的控制策略。比如会有碰撞的传感器，会发信号，这都是毫秒级的，控制器会把氢气断开，会把氢泄漏的控制都会做好。只有这样一个成体系的分层级的设计，才能保证车辆在行驶和使用过程中的安全。至于零部件级的，那是我们做所有事情的基础，必须要有零部件级的验证，是系统级设计的基础。

接下来介绍一下捷氢科技，从上汽集团下面前瞻技术研究分离出来的一家新的公司。上汽集团做燃料电池做的非常早，最早从2000年就开始做。之前经历了三个阶段，第一个阶段称之为概念阶段，大概前十年，主要是接科技部的专项，通过一些国家的大型活动，像奥运会、世博会，上汽集团去开发了一批燃料电池车进行会务的服务，做前期的技术研究。

在接下来我们就开始进入了工程提升，我们也称之为示范运营阶段，在这个阶段中开始有一批车开始进入批量示范运营。其中就像荣威950，是批量进行销售的一款70兆帕车载储氢的乘用车。

然后到2018年的时候，中国氢能产业和燃料电池的发展元年，在整个产业发展推动下，我们认为现在应该是要从示范运营进到商业化起步阶段了，所以这时候我们成立了捷氢科技，来专门做燃料电池的开发，及在燃料电池整车的推广，这个阶段称之为商业化推广阶段。从2019年到现在我们陆续推出了自己的燃料电池系统，燃料电池电堆。

捷氢科技做燃料电池是完全自主开发的，我们从膜电极，一直做到燃料电池系统和燃料电池整车。我们陆续推出PROME P390，后面会跟大家分享一下，包括我们开发的技术和相关产品的指标。

这是上海新园区，在嘉定，这是四位一体，包括研发、制造、测试，以及供氢站，都在这个园区里头。现在产能是12000套，我们大概有4万平米左右的实验室。

先介绍一下燃料电池系统，它目前是我们对外推广的一个核心产品，目前主要两块。一个是PROME P390，我们能够做到的就是耐久寿命1万小时，零下30度无外加热启动，随时可以启动的。

同时也会做电堆，目前电堆有130千瓦和140千瓦两款，同时捷氢科技会去做储氢系统。在2017年我们就已经开始做70兆帕的储氢系统，目前整个应用来讲，70兆帕更多在乘用车上应用。

这是开发体系介绍。我们做开发过程中是从底层以及正向做开发的，之所以开发这样一套系统，因为我会开发电堆，我要自己做我们的集成，以及所有的控制算法。在做电堆的时候，会开发我们自己的双极板，包括膜电极，以及流体的组件。

开发过程中也离不开仿真分析，它可以节省开发成本，提升开发效率，目前建立了从微观到宏观，从材料到系统这样多维度和全尺寸的仿真模型。从纳米级的，从材料一个结构模型，到分子动力学电化学方针，以及到系统级的控制算法。

一个产品开发出来需要充分验证才可以向市场推广，所以一个健全的，而且全面掌握着核心测试技术和验证能力是非常重要的。刚才讲的，我从材料的测试，催化剂的测试，双极板的测试，一直到我160千瓦的电堆，还有氢系统的测试，还有燃料电池系统开发测试，还有辅助系统的测试。

这里跟大家分享一下目前的应用，因为刚才一直在讲燃料电池在整车应用在目前整个氢能和燃料电池发展的主流，虽然刚才一直在讲它有很多方向，但至少从目前来讲，它是最主要的那个方向。陆陆续续我们也配装了很多车，从这个分布可以看出，当前应用，整个燃料电池上车，乘用车会有，但比较少，更多是商用车。而商用车现在应用的领域主要两款，一个是公交大巴，一个是重型商业物流或者专用车。从去年到今年开始，大家更多把应用都集中在12吨以上更大型的物流车、自卸车，或者一些专用车。但目前还有另外一个应用领域，两个叉车，像牵引车辆，以及工程机械。

下面是基于我们的理解，对燃料电池氢产业，包括燃料电池整车应用的展望和建议。第一，发挥燃料电池在长距离重载商用车应用方面的优势，在这个优势应用过程中做好技术积累，提高技术集成度，为乘用车应用做研发和储备。之所以会选择长距离重载的运输优势，大家也可以理解，因为纯电在这块做不了，因为纯电是没有办法做这个方面，否则它的供应会很大很重，不是很合适，而且充电时间也没法保证，所以燃料电池才会在这个领域先进入，因为纯电做不了。

第二个，很多专家提到，一定要坚持自主研发，并且要掌握核心技术，这个核心技术不仅仅是指电堆、集成，看得到的这些东西，还包括材料级，我们做下来，目前来讲，所有系统和电堆可以做到一级零件百分之百国产，但到材料级我没办法做到。

最后一个，关于政策法规和标准体系，将氢气纳入能源体系，大家一直在讲，包括四型瓶的开发和应用主要是为了降低它的成本，提升它的储量，以及它的密度，还有寿命等等。还有像质子交换膜、催化剂等等，我们做下来理解就是，在元器件级，都可以做到，但到材料级的时候，我们真正国产化时间需要很长，可能需要很多非盈利性的投入和研发才能做得下去，所以这是我们对这方面的建议。谢谢大家。

（来源：北极星电力网，发言为北极星电力网根据速记整理，未经本人审核，如需转载请完整转载全文不允许删减）