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【原创】氢晨科技易培云:剖析大功率电堆的设计与制造
氢晨科技 文章来源自:高工氢电网
2021-12-24 10:40:56 阅读:7196
摘要大功率电堆多学科设计理论与精密制造技术。
“氢晨科技的使命是希望未来让电堆的体积、成本和寿命能追上常规的发动机,我们也正朝着这样的方向去努力。”

 
在2021高工氢电年会的闭幕式专场,氢晨科技总经理易培云博士发表了“大功率电堆多学科设计理论与精密制造技术”的主题演讲。

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易培云从大功率电堆的技术挑战、电堆设计理论与精密制造和氢晨科技金属电堆产业化3个层面进行了生动阐释。
 
在易培云看来,一个150千瓦的电堆由400节双极板、400个膜电极、800多个密封圈组成,总共4000多个零件,密封线长达1500米,作为一个串联系统,有一个地方出现泄露或者有一个地方出现不可靠,整个电堆就失效了。因此,做好电堆的难度是非常大的,要面临很多的挑战,燃料电池的可靠性、一致性与叠装效率成为国际性技术难题。
 
为此解决上述难题,氢晨科技在多学科-跨尺度联合仿真思路的指导下,掌握了多材料体系高通量计算方法、大功率电堆高可靠设计方法、多学科-跨尺度联合仿真方法、层叠结构高一致叠装技术和批量制造高效率柔性产线等多种具备自主知识产权的核心技术,为实现燃料电池的智能制造打下基础。
 
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在多材料体系高通量计算方法方面,氢晨科技通过基于量子力学、分子轨道理论、电子输运理论、非平衡统计力学等理论方法的建立材料的原子尺度模型,精准预测材料性能。同时还导入材料制备与介质传输分子动力学,针对复杂材料-环境体系,综合利用分子模拟与高效增强采样技术扩展模拟时间和空间尺度,精准还原微纳尺度“实时-原位”反应过程。
 
在大功率电堆高可靠设计方法方面,氢晨科技优化了大面积复杂流场设计,建立包含电化学反应、电、热、流通全物理场耦合模型,分析大面积输出性能和电池内部水、气、热、电分布规律,新型流场性能提升17.7%。

同时,通过高可靠密封材料与结构设计,建立密封材料及接触界面微观泄漏预测模型,揭示氢气指尖泄漏机理;发明“双层-差厚”复合密封结构,通过-40℃存储和-30℃冷启动考核。
 
在层叠结构高一致叠装技术方面,氢晨科技通过定位误差分析与设计,揭示了大位移装配过程中定位元件尺寸与形位公差对极板空间位置的影响规律,提出“一面六杆”定位新方法,大幅度提升电堆直线度。同时,通过超静定夹紧补偿,建立了装配施力端板位移与界面接触应力映射模型,发明了非等长拉杆同步夹紧结构,通过非等长拉杆的变形补偿,大幅降低燃料电池电压极差。
 
在批量制造高效率柔性产线方面,氢晨科技发明了双极板和膜电极气密性氦检成组检测技术,开发了多光路协同激光扫描的双极板和膜电极型面尺寸检测技术,使零部件检测效率提高20倍;改进了可靠抓取-放置方法,提出部件可靠吸附-高速转运-放置释放的动力学控制方法,实现3g加速度过程中抖动抑制,使识别-抓取-放置全过程循环时间下降到3s以下。
 
值得一提的是,氢晨科技导入双机器人码垛技术,研制出燃料电池自动化装配系统,使百千瓦级燃料电池装配时间从4h降至20min,电堆装配效率提升12倍,一次合格率达98%以上。
 
作为一家专注于高密度燃料电池电堆研发、生产、销售及总体方案的高科技企业,氢晨科技始终坚持正向研发与自主创新。 
 
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氢晨科技的智能制造车间情况
 
现阶段,氢晨科技已经在上海临港的生产基地建造了年产1万台电堆的智能生产线。公司基于H2技术开发的80kW、100kW、120kW和150kW等四款大功率电堆均已实现百台级装车,目前运行状态良好。今年10月中旬,搭载氢晨科技H2系列燃料电池电堆的6辆氢能公交,在上海临港新片区的临港7路和临港7路B线正式投入运营。


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