钜大LARGE | 点击量：1457次 | 2018年08月02日
揭秘清华大学燃料电池动力系统 推动其产业化
目前国内在燃料电池领域有清华大学、武汉理工、大连物化所、同济大学等几大研究团队，其中清华大学在燃料电池动力系统研究及产业化推动方面都起到了非常重要的作用。
6月28日，氢能产业创新发展论坛在清华大学举办，中国科学院院士、清华大学教授欧阳明高在会议上详细介绍了清华大学的燃料电池动力系统的技术路线图及产业化情况。
“第一个层次，我们研发了燃料电池的混合动力系统，发动机是外协的；第二个层次，我们研发了燃料电池发动机，燃料电池的电堆是外协的；第三个层次，我们成功研发燃料电池电堆，燃料电池膜电极是外协的。”欧阳明高说，接下来要开始燃料电池膜电极的开发，已经组织了国际一流的研发队伍。我们采取了“剥洋葱模式”，层层深入，将技术链逐环解耦。
首先，研发燃料电池混合动力系统。早期的燃料电池客车以燃料电池直接驱动为主流技术路线。清华大学发明了能量混合型燃料电池混合动力，燃料电池只提供车用的平均功率，而车用的峰值变化功率由动力电池提供。这区别于丰田公司的功率混合型燃料电池混合动力。
清华大学还发明了Soft—run商用车燃料电池混合动力功率分配控制方法，把剧烈变化的车用负载转化成燃料电池功率基本不变，集中在稳定的功率范围，这样使燃料电池的耐久性成倍提高。早在2007年就实施了国际首例燃料电池客车氢-电系统带压碰撞实验。关联公司研发的高压气态氢系统已经形成系列产品，并获得国家颁布的特种设备安装改造维修许可证。
符合Exic IIB T4 Gc防爆标准
充电温度：0~45℃
-放电温度：-40~+55℃
-40℃最大放电倍率：1C
-40℃ 0.5放电容量保持率≥70%
欧阳明高表示：“我们研发了整个燃料电池混合动力系统，并与企业合作开发了首批获得国家产品公告的燃料电池城市客车。”
从示范考核、应用扩展，到率先实现燃料电池客车成套商业化的具体路径为：2008年在奥运会示范，2010年在国外新加坡示范，2011—2012年联合国UNDP全球清洁城市示范，2016配合企业开发的世界上首台燃料电池有轨电车获得国际氢能协会颁发的奖励，2017年配合企业开始燃料电池客车的商业化。
其次，研发燃料电池发动机。利用内燃发动机电控技术优势，研发了氢气电控喷射与阳极再循环系统，发明了带阴极再循环的燃料电池发动机空气系统。开发了燃料电池发动机的控制系统和燃料电池专用DC/DC，可以直接利用交流阻抗反馈膜的含水量。
“我们实现了商用车燃料电池发动机系统集成的技术突破，进行了三代产品开发。”欧阳明高介绍，我们培育了国内首个燃料电池发动机上市公司亿华通科技股份公司，并建立了北京燃料电池发动机工程技术中心，率先获得百台级客车燃料电池发动机销售。
目前，亿华通科技股份公司的燃料电池发动机配套在燃料电池客车领域处于领先地位。目前的产品是完全采用自主电堆的新一代发动机。今年前四个月生产了燃料电池发动机150台，预计全年销售500台左右。
再者，研发燃料电堆模块。开展了电堆的设计优化，重点进行了双极板的研发。
电堆方面，深入研究了电堆工程热物理与状态辨识技术，对于电堆“水-热-气”状态失衡影响寿命的关键难题，发展了基于模型的堆内状态估计与管理方法，并且开发出新一代商用车燃料电池电堆，初步进行了1千个小时以上的试验，寿命超出预期。
“我们进行了电堆模块的集成化工程开发，以满足国家标准的各种要求。”欧阳明高在会议上介绍清华相关公司上海神力科技有限公司燃料电池电堆的系列产品，利用碳板实现了功率密度2千瓦/升(这对于碳板电堆而言，功率密度很高。丰田电堆功率密度3.1千瓦/升用的是是金属板，金属板用于轿车只需要5千小时寿命；而商用车对运行寿命要求更高，必须要达到1万小时以上)。
“我们坚持碳板技术路线，因为做的是商用车的长寿命燃料电池电堆。”欧阳明高补充强调，从长寿命的角度衡量，碳板还是有优势的。我们实现了石墨树脂复合材料双极板的自动生产，现在正在建自动生产线，使双极板的成本大幅下降。
在会议上，欧阳明高还介绍了清华大学关于燃料电池动力系统的长寿命长期发展技术路线图：2020年的寿命目标是1万小时，2025年大于2.5万小时。新研制的电堆寿命已经接近1万小时这个目标，所以2020年产品的寿命应该会超过1万小时。
产业化方面，首先清华基金控股的北京亿华通科技公司，2004年以来致力于燃料电池发动机的研发和产业化，实现中国燃料电池发动机批量生产，并具有自主知识产权和产品系列，2016年在新三板挂牌，实现中国氢能燃料电池公司在资本市场零的突破。
另外，上海神力的电堆基地实现了模压石墨的双极板批量生产，新一代燃料电池电堆的批量生产，同时建立了燃料电池电堆测试中心，面对全社会提供测试服务。还有张家口的燃料电池发动机基地和制氢基地，以及设在加拿大的研发基地，将率先开展膜电极研发。
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