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【原创】上海氢晨易培云:高功率燃料电池如何打通密封和组装难关
电堆 文章来源自:高工氢电网
2019-11-14 14:04:54 阅读:12377
摘要11月14日上午的氢燃料电池专场,上海氢晨新能源科技有限公司(下称“上海氢晨”)总经理易培云博士围绕《高功率燃料电池密封和组装关键工艺技术》这一主题发表了演讲,分享了公司在燃料电池密封和组装方面的先进经验。

现阶段,燃料电池的市场需求尚未打开,国内的很多燃料电池电堆企业的技术大多源自高校研究成果。燃料电池技术从实验室走向产业化,需要经历重重关卡,而要实现稳定、可靠的批量化制造就必须掌握各个环节的核心技术和工艺。

上海氢晨总经理易培云认为,电堆的精密制造是一个系统性的工程,要从产品的设计、制造再到检测的不同的环节进行把控,并考虑使用环境和其它材料的匹配。

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11月13-15日,由高工氢电、高工产业研究院(GGII)主办、以“千军之势挡不住,氢车已过万重山”为主题的2019高工氢电年会在深圳机场凯悦酒店召开。本届年会8大专场覆盖氢能和燃料电池全产业链,并特设国际专场分享国际顶尖产品技术,邀请超400家产业链主流企业、600位行业精英参与其中,现场展示技术产品、供需现场对接。

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在11月14日上午的氢燃料电池专场,上海氢晨新能源科技有限公司(下称“上海氢晨”)总经理易培云博士围绕《高功率燃料电池密封和组装关键工艺技术》这一主题发表了演讲,分享了公司在燃料电池密封和组装方面的先进经验。

对于电堆企业来说,能否打通量产关决定了产品能否顺利实现商业化,对于保持电堆生产过程的一致性和稳定性,上海氢晨有自己的独门秘籍。

“上海氢晨的思路是凭借跨学科的联合仿真能力,从产品设计、制造再到检测,对不同的环节进行把控,最终实现电堆制造的可靠性和稳定性。”易培云认为,电堆的精密制造是一项系统性工程,批量化生产需要跨过很多难关。 

燃料电池电堆由数百片双极板、膜电极等关键部件装配而成,是燃料电池汽车的发动机最为核心的部分,其成本占整个燃料电池系统成本的60%,张整车成本的30%。

“从车辆本身的要求和补贴政策的角度来看,车用燃料电池电堆的大功率是趋势。”易培云认为,无论是从燃料电池汽车的动力性能、续航里程、规模成本还是补贴的门槛来分析,未来车用燃料电池电堆的功率会越来越大。

在他看来,金属极板电堆具有功率密度高、冷启动快、抗振性能好、适合于大批量制造等优势,是未来车用燃料电池的发展趋势。

然而,具备以上优良特性的金属极板电堆在生产制造环节却面临着技术挑战。对此,易培云提出了三点挑战:如何设计高密度电堆构型?如何提升电堆密封的稳定性?如何实现电堆装配的一致性?

对此,易培云介绍了上海氢晨在高密度燃料电池电堆的多物理场设计技术。

氢晨建立包括电化学反应、电、热、流通全物理场耦合的尚未燃料电池体系,分析200-400平方厘米大面积输出的性能和电池内部水、气、热、电分布规律。并针对大功率电堆全耦合场计算效率低等问题,建立考虑电化学方向应和水热传输特性的等效模型,研究反应面积放大带来的性能降低问题。

在燃料电堆密封设计方面,上海氢晨也建立了密封泄露机理模型。易培云认为,燃料电池气体泄露分为微观泄露和界面滑移泄露,建立结合两者的泄露方式的预测模型,为燃料电池密封设计奠定理论基础。

上海氢晨的做法是,考虑到材料在高低温和振动过程中的力学衰减,建立层叠式电堆密封动力学模型,研究随运行时间和振动工况下的密封稳定性。并且基于密封稳定性模型,对燃料电池密封结构进行优化设计,结合误差影响下的密封尺寸链设计,提高燃料电池密封稳定性。

在高功率电池电堆装配工艺设计方面,上海氢晨建立其电堆层叠式装配模型,分析部件制造误差、装配误差、定位误差对接触压力影响规律,揭示边缘效应产生机理,形成层叠式装配容差分配方法。

上海氢晨的底气在于扎实的研究型团队和深厚的技术积累。公司聚焦高功率密度金属板电堆,但研发团队绝不局限于电堆技术,而是对电堆的核心材料、核心部件乃至燃料电池系统都有全面深入的理解,拥有电堆正向设计的能力。

作为一家专注于高密度燃料电池电堆研发与制造的企业,上海氢晨核心团队与核心技术源自上海交通大学,经过近10年的持续研发,已开发三款具有自主知识产权的燃料电池电堆。其103kW金属板电堆经专业机构检测,体积功率密度为3.3kW/L,达到行业先进水平。

事实上,上海氢晨的核心团队早在2008年就开始燃料电池的相关科研工作,先后承担国家自然科学基金重大国际合作项目、国家863计划项目、国家重点研发计划课题等,攻克了高功率电堆设计、长寿命部件匹配、高可靠自动装配、智能化快速诊断等关键技术,获得了30余项专利授权,并且开发了高性能风冷、水冷电堆原型。

“好的产品要适应市场不同阶段的需求。”易培云最后重点介绍了额定功率80Kw的金属板电堆,这款产品对应的是60kW的系统,在他看来,80kW电堆在性能、寿命和成本上是目前最具市场潜力的产品。


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