从国际氢能及燃料电池展全面观察核心技术发展-动力系统篇

前言：高级检索分析师关婧如、刘胜在观展之后从储氢瓶、电堆、动力系统、空压机和金属双极板五个角度进行全面分析。本篇为动力系统方面的梳理。燃料电池系统包含电堆、空压机、氢气循环泵、冷却循环系统等多个零部件或子系统，对于系统集成技术要求较高。

2019年日本国际氢能及燃料电池展览会（FC EXPO）上，国内外众多厂商都展出了燃料电池系统。目前，大功率、集成化设计成为燃料电池系统的主流发展趋势，下面我们来看看各家厂商的基本情况及其产品介绍。

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（一）雄韬氢雄——燃料电池发动机系统

雄韬集团，全球知名的智慧储能解决方案服务企业之一，1994年成立于深圳。雄韬正在为全球100多个国家和地区的通讯、UPS、电动交通工具、光伏、风能、电力、电子及数码设备等产业领域提供完善的产品应用方案与技术服务。子公司雄韬氢雄主要负责集团旗下的燃料电池业务，在集团的鼎力支持下雄韬氢雄厚积薄发，已完成制氢、膜电极、燃料电池电堆、燃料电池发动机系统、整车运营等氢能产业链上关键环节布局，并相继在武汉、大同投建燃料电池产业园。

QX-3045C燃料电池发动机系统（见图31）为武汉雄韬氢雄燃料电池科技有限公司面向客车、商用车开发的第一代燃料电池发动机系统，产品体积118L，额定电流320A，额定电压130－260V，体积比功率密度381W／L，质量比功率密度401W／kg（详情见性能参数）。该系统高度集成、耐久性好、稳定性强，具有设计合理、功率密度高、启动速度快、环境适应性强、维护便捷等优点。

图31 QX-3045C燃料电池发动机系统 via熊韬产品信息

QX-3045C性能参数：

在2019年日本国际氢能及燃料电池展览会上，雄韬氢熊第一次向公众展示QX-6080A燃料电池发动机系统（见图32），产品体积220L，额定电流350A，额定电压300~550V，体积比功率密度272W／L，质量比功率密度360W／kg（详情见性能参数）。QX-6080A燃料电池发动机系统充分体现了雄韬氢雄公司的技术实力和产品质量。

图32QX-6080A燃料电池发动机系统via雄韬产品信息

QX-6080A性能参数：


（二）众宇动力

众宇动力系统科技有限公司（以下简称众宇动力）于2011年在武汉经济技术开发区成立，其核心技术为燃料电池动力系统，公司主营业务为燃料电池系统及氢能相关技术的研发、生产、销售。2013年，众宇动力推出第一代燃料电池备用电源系统，经过几年的技术更新，在2018年，其35kW和41kW车用动力系统通过国家轿车质量监督检验中心的性能及高低温存储强检。

在氢燃料电池车用系统领域，目前众宇动力可提供的产品有，TW4500和TW6000系列。TW4500氢燃料电池车用动力系统（见图33）是一款无污染的车用环保动力产品，适用于城市公交车、中\重型城市物流车等。TW4500氢燃料电池发动机基于水冷、金属极板平台开发的产品，具有体积小、重量轻、效率高、噪音低、适配性强等优点。包含从氢气调压器到DC/DC变换器的所有零件，实现“氢气进，需求功率出”，方便整车集成。（具体信息见产品参数，图34）

图33 众宇动力 TW4500氢燃料电池车用动力系统via众宇动力产品信息


图34众宇动力TW4500产品参数 via众宇动力产品信息


TW6000系列氢燃料电池发动机（见图35）是一款无污染的车用环保动力产品；适用于城市公交车、中\重型城市物流车等。TW6000系列氢燃料电池发动机基于水冷、石墨极板平台开发的产品，系统集成度高，具有体积小、效率高、噪音低、适配性强等优点。包含从氢气调压器到DC/DC变换器的所有零件，实现“氢气进，需求功率出”，方便整车集成。（具体信息见产品参数，图36）

图35众宇动力TW6000氢燃料电池车用动力系统 via 众宇动力产品信息


图36众宇动力 TW6000产品参数 via 众宇动力产品信息

实际模型：

（三）Symbio——动力系统

Symbio成立于2010年，是米其林集团的子公司。Symbio目标是在氢电池系统和相关数字服务方面成为世界领先的运输领域新一代零件制造商之一。在燃料电池和氢能源领域，Symbio与FCH JU、Hydrogen Mobility Europe和BEN MADDEN等公司长期进行合作关系，共同推动欧洲的清洁能源发展。

目前，Symbio提供了H2Motiv系列动力系统，包括H2Motiv S\H2Motiv L\H2MotivXL（具体信息见下表），并且掌握了燃料电池电堆毗邻的三个关键氢动力系统管路。


在2019年日本国际氢能及燃料电池展会（FC EXPO）上，Symbio展出了其H2Motiv L动力系统（见图37）。

图37 Symbio- H2Motiv L（左：官网图；右：FC EXPO现场图）


H2Motiv L是一种燃料电池集成系统，包括燃料电池堆、冷却管路、空气管路、氢气管路和FCCU（催裂化装置）和DC/DC（见图38），可添加到基于电池的城市货车，服务卡车和公共汽车中。在汽车中，H2Motiv L与加湿器、压缩机以及散热器配合使用（见图39），从而为车辆提供电力。

图38H2Motiv模块


图39SymbioH2MotivL工作 viaSymbioYouTube产品介绍视频


目前，Symbio参与正参与欧洲垃圾车辆创新和验证项目（REVIVE），REVIVE于2018年启动，是一项针对欧洲可持续和清洁城市垃圾运输的突破性项目：基于15个成员的合作，整合燃料电池动力系统，分为15辆车并将其部署在欧洲的8个地点，这是迄今为止最大的燃料电池系列扩展卡车示范。而Symbio公司的H2Motiv L是这些垃圾车最佳搭档。

（四）AVL——PEM Fuel Cell System

AVL是全球最大的动力总成系统开发，仿真和测试独立公司，用于开发，模拟和测试乘用车、商用车、大型发动机及其应用于车辆内的集成动力总成系统（混合动力，内燃机，变速箱，电力驱动，电池，燃料电池和控制技术）。

在2019年日本国际氢能及燃料电池展会（FC EXPO）上，AVL展出了其PEM Fuel Cell System（见图40）。该系统采用模块化方法构建，可轻松集成到多个应用程序中，以降低开发成本。（具体参数见下表）

图40AVL PEM Fuel Cell System


同时，对于燃料电池的开发与发展，AVL可提供仿真和测试工具（在真实运行工况下模拟燃料电池及其组件的所有的工具）。

总结：本届日本燃料电池展会上，国外参展企业展出的燃料电池系统呈现出集成化设计的趋势，经过精心设计的燃料电池系统结构紧凑，大大减小了整机体积。当然集成化设计也提高了对零部件尺寸形状的要求，进而增加了成本，但是一旦燃料电池系统量产后，集成化设计的燃料电池系统可以更容易的安装在对空间尺寸要求较高的乘用车上，而且也可以大幅度降低成本。