燃料电池向大功率“突进”

近期氢晨科技对外展示了新一代H3技术和230kW电堆开发情况，引起业界的广泛关注。从目前已经装车应用的大功率电堆来看，最高功率基本在150kW左右。如今作为头部电堆企业之一的氢晨科技，率先完成单堆230kW的大功率电堆的性能测试，是国产电堆再次向更大功率迈进的一个重要信号。

与国产电堆同步迈向大功率的还有系统。目前潍柴动力配套中国重汽首款氢能雪蜡车，系统额定功率高达162kW，是已知国内装车应用的最高功率系统产品，据悉年底前行业内或有200kW大功率系统面世。

为何国内燃料电池电堆及系统企业要持续研发大功率产品?现阶段BOP供应链水平是否能跟上?技术层面还存在什么挑战?

燃料电池快速向大功率“进阶”

除了氢晨科技以外，近年来国内主流燃料电池电堆企业都在持续研发大功率产品，所布局的最新一代产品，均以大功率、长寿命、高功率密度等性能亮相。神力科技最新产品SFC-B9P单电堆最大功率>150kW，额定功率≥146kW，可广泛应用于中、重型卡车，城市公交车、轨道交通等。新源动力今年5月份发布两款新品，HYMOD®-150和HYSYS®-120，前者峰值输出功率可达150kW，设计耐久性超过10000小时，电堆功率密度4.5kW/L;后者额定功率为115kW，峰值功率为120kW，设计耐久性可达10000小时。清能股份今年推出电堆新品VLSII Pro。该系列产品单堆最大功率可达165kW，体积功率密度提升到4.4kW/L;雄韬氢瑞透露，将发布最新的50-100kW的A2系列电堆，体积功率密度达到4.0kW/L，以及同级别的大功率大于150kW的J系列电堆;氢璞创能在去年11月发布的一款面向未来5～10年的电堆产品Nowogen V，功率达到了150kW。 系统企业方面大功率势头同样明显。亿华通今年发布了新一代120kW大功率产品上，其采用高性能单电堆与氢气再循环系统联合匹配的设计，将系统额定功率密度率先提升至701W/kg。

风氢扬今年6月发布全新一代燃料电池系统-SINGULAR元极，这款产品初代开发平台覆盖110kW-130kW系统功率范围，未来两年将扩展至300kW以上。同月，重塑科技也正式推出了130kW大功率PRISMAXII+镜星十二+燃料电池系统。国鸿氢能在去年10月发布了鸿途G系列燃料电池动力模块产品，其中鸿途G110净输出功率110kW，现已广泛应用多款车型。2016年至2018年，燃料电池功率大都在30~60kW;从2019年起，国内燃料电池功率开始“突飞猛进”，现阶段实际装车应用的高功率燃料电池电堆可以达到150kW，比如氢晨科技150 kW单堆就已经实现上百台的应用;系统方面，国内应用于重卡的燃料电池系统额定功率基本在110kW以上。接下来，国内大功率燃料电池电堆及系统将提升至什么水平?飞驰科技首席技术官石建珍博士曾在高工氢电会议上表示，今年下半年200kW燃料电池系统会面市。高工产研氢电研究所(GGII)分析，在“以奖代补”政策推动下，业界愈发关注燃料电池汽车在长途重载应用领域的应用，而长途重载运输具有长时间运行、高负载率和持续高速工况等特点，这直接着推动企业探索提升燃料电池功率。

做好可靠性与寿命很关键

燃料电池向大功率方向迈进是趋势，而主流企业能够开发出大功率产品也是技术实力的证明。需注意的是，现阶段把产品的可靠性和寿命做好也非常关键。“重型卡车根据运营场景需匹配110～200kW燃料电池系统;重卡还需满足8年或3万小时寿命需求，远期需满足15年或5万小时寿命需求;同时重卡运行路况、环境等复杂多变，需以高可靠性保障长时间稳定运营。” 风氢扬总经理刘军瑞表示。GGII也提醒，从现阶段行业技术水平来看，燃料电池企业在做技术开发时有两点需要注意：其一，大功率燃料电池开发并不是靠片数的堆砌或面积上的延伸，在设计过程要不断考虑水热条件、气体质量流量等多种条件的耦合。比如在气体管理方面，功率变大导致电堆长度增加，如何最优化歧管和每个单片中的流体分配，保证反应气体供应;在水管理方面，大功率生成水多，如何有效排出;在热管理方面，大功率发电时产热多，如何做好冷却;还要考虑电堆的一致性构成等方面。

其二，现有的BOP供应链水平或暂时难以可靠地满足大功率系统的需求。不过，在大功率燃料电池的研发带动下，未来关键部件的覆盖功率会快速提升。客观来看，现阶段国内能同时处理好这些技术挑战的企业并不多。随着越来越多的企业积极开发大功率燃料电池，解决这些难题的速度或比想象中要快。