力源科技打造燃料電池系統(tǒng) “性能戰(zhàn)士” 劍指萬億級氫車市場

國際客車展獲悉，今年是我國氫燃料電池示范發(fā)展的第三個年頭，燃料電池企業(yè)一方面忙著跑終端市場、擴充資金儲備;另一方面，在環(huán)境不確定、生存壓力之下，企業(yè)仍在持續(xù)針對市場需求磨練產品基本功，圍繞可靠性、穩(wěn)定性、壽命、氫耗等性能進行技術優(yōu)化和迭代。

這意味著，關于“怎樣才是一款好的燃料電池系統(tǒng)?”這一核心問題，行業(yè)已經有了更為明確的答案。

力源科技(688565)的燃料電池系統(tǒng)，正是在用實際行動回答這個問題。圍繞車用、發(fā)電兩大主要場景，侯俊波博士帶領技術團隊對系統(tǒng)穩(wěn)定性、可靠性、氫耗、故障率、壽命等核心指標進行設計優(yōu)化和工藝迭代，向行業(yè)交出車用發(fā)動機系統(tǒng)、氫儲能發(fā)電系統(tǒng)兩大絕佳匠心之作。

高穩(wěn)定低氫耗，車用燃料電池系統(tǒng)運行表現(xiàn)亮眼

車用領域，力源科技已經完成了燃料電池發(fā)動機系統(tǒng)的系列產品開發(fā)，功率范圍涵蓋30kW~235kW，可廣泛應用于乘用車、城市客車、輕中重型卡車、叉車、拖車、工程機械等諸多車輛。

力源科技車用燃料電池發(fā)動機產品(左70 kW、右235kW)

其中搭載力源科技HYPSR-04型號70KW車載系統(tǒng)的17臺氫燃料電池公交車在近日交出了亮眼的運行數(shù)據(jù)：

這17臺公交車在浙江省嘉興市嘉善縣持續(xù)運行近一年半的時間里，總行駛里程達80萬公里，氫氣平均消耗為3.7kg/百公里，遠低于行業(yè)內平均的5kg/百公里，在助力嘉善市公共交通節(jié)能環(huán)保轉型方面展現(xiàn)了顯著優(yōu)勢。

力源科技嘉善縣公交車

除購置成本外，百公里能耗指標是車輛最重要的經濟性指標之一。燃料電池汽車要實現(xiàn)商業(yè)化，除了持續(xù)推進各環(huán)節(jié)降本外，降低車輛運行中的使用成本，降低氫耗以提高燃料經濟性十分重要。力源科技低氫耗的運行數(shù)據(jù)，證明了其在燃料電池系統(tǒng)及整車動力匹配層面的深厚技術功底。

此外，低故障率是這批公交車在實際運行中的另一大亮點。70KW的氫燃料電池系統(tǒng)不僅滿足了公交車日常運營的需求，同時在長時間和高頻率使用下依然能夠提供穩(wěn)定且高效的動力輸出，沒有出現(xiàn)顯著故障，驗證了其在復雜路況和多變氣候條件下的適應能力。

“總行駛里程達80萬公里，平均消耗僅為3.7kg/百公里，在各種環(huán)境下的順暢運行是我們氫燃料電池技術的可靠性、實用性的最佳佐證，也展示了氫燃料電池技術的巨大潛力。氫燃料電池的應用對嘉善市及整個公共交通行業(yè)有深遠影響，也為更多城市采用清潔能源公交車提供了重要參考?！绷υ纯萍急硎?。

新能源汽車在發(fā)展初期總是遭遇穩(wěn)定性、可靠性等質疑，氫燃料電池汽車也不例外。燃料電池企業(yè)每一批車輛的投放，在面臨著市場性能檢驗的同時，也面臨著地方政府、運營方對燃料電池企業(yè)，乃至整個行業(yè)的信任考驗。

為了做出讓市場放心的產品，保證車用燃料電池系統(tǒng)穩(wěn)定性、耐久性，力源科技在系統(tǒng)架構設計、故障診斷機制、運行狀態(tài)監(jiān)測等方面傾注了非凡心力與卓越智慧，確保每一環(huán)節(jié)皆精益求精，以科技之力鑄就品質基石，讓安全與可靠成為產品的鮮明標簽。

“我們在發(fā)動機控制系統(tǒng)內置了故障診斷框架，可快速診斷出空氣路壓力異常、氫空壓差過大、氫氣壓力異常、冷卻液回路低壓、冷卻液溫度過高、排水閥卡滯等主要故障類型，并針對可能造成嚴重后果的故障設有保護性響應機制，盡可能避免電堆受損。” 侯俊波博士指出。

同時，每臺車載燃料電池系統(tǒng)都集成了TBOX(見下圖)，能夠針對一些時間尺度較長的性能劣化，控制系統(tǒng)也進行實時監(jiān)測與預警，并設有相應的故障改出策略。基于TBOX的實時數(shù)據(jù)上傳系統(tǒng)可遠程監(jiān)控燃料電池發(fā)動機系統(tǒng)運行狀態(tài)，實現(xiàn)遠程故障排查。同時不斷擴充的運行數(shù)據(jù)集可用于分析、學習和挖掘其中包含的故障信息，不斷完善數(shù)據(jù)驅動的智能診斷機制。

力源科技TBOX遠程終端監(jiān)控系統(tǒng)

毋庸置疑的是，憑借著高穩(wěn)定低氫耗、皮實耐用的燃料電池系統(tǒng)特性，這家燃料電池“新秀”已經推開萬億級氫車市場的大門。

100kW-100MW，固定式發(fā)電系統(tǒng)有“四重驚喜”

車用之外，固定式發(fā)電應用也是力源科技持續(xù)深耕的應用場景之一。GGII預計，到2030年國內燃料電池儲能發(fā)電累計裝機規(guī)模有望達5GW，2023~2030燃料電池發(fā)電系統(tǒng)市場增量空間超240億元。

圍繞模塊化、智能化、穩(wěn)定耐久、可靠性四大關鍵性能，力源科技的固定式發(fā)電系統(tǒng)已經執(zhí)刃而來，殺向氫儲能市場。

力源科技開發(fā)的柜式發(fā)電模塊的額定功率為100kW，輸出380V交流電;集裝箱式模塊的額定功率為1MW，輸出10kV交流電。

力源科技柜式發(fā)電模塊(左)、力源科技集裝箱式發(fā)電模塊(右)

發(fā)電模塊既可獨立運行也支持多模塊并聯(lián)擴容，結合變壓設備和儲能單元可靈活實現(xiàn)從100kW到100MW的分布式發(fā)電彈性容量部署，具有標準化生產，一體化運輸，現(xiàn)場施工簡單的特點。

其二，每個發(fā)電模塊產品具備獨立自洽的控制功能，保證了整個發(fā)電系統(tǒng)的智能化，以達到降低氫耗及衰減的目的。

集裝箱式模塊內置四臺燃料電池系統(tǒng)，由微網控制器接收外部命令并向每臺燃料電池系統(tǒng)和逆變器等發(fā)送控制信號。當多模塊并聯(lián)運行時，每一臺燃料電池系統(tǒng)的運行數(shù)據(jù)均穿透模塊層級，高速實時接入綜合智慧能量管理系統(tǒng)，實現(xiàn)云端集中調度與遠程運維。

智慧能量管理系統(tǒng)在電堆層面可實時優(yōu)化每個燃料電池的輸出功率，提高各電堆平均效率，降低系統(tǒng)總氫耗，并兼顧約束功率波動率，延緩電堆性能衰減。系統(tǒng)層面，能量管理系統(tǒng)具備用電模式自適應功能，可根據(jù)用電特性自動匹配最優(yōu)發(fā)電模式，以避免頻繁啟停、頻繁變載等大損耗工況。

其三，固定式發(fā)電應用對燃料電池產品的穩(wěn)定性、耐久性要求極高，力源科技從材料、部件到系統(tǒng)層面做了優(yōu)化。

如通過對PEM、GDL、催化劑等關鍵原材料選型，以及對MEA的結構優(yōu)化，力源科技膜電極研發(fā)團隊開發(fā)出四層邊框結構的膜電極，可為固定電站提供所需長耐久的MEA;通過優(yōu)化系統(tǒng)在啟停、變載、高/低負荷等工況下的應對策略，避免對質子交換膜、催化劑、氣體擴散層等材料的損耗，延長電堆壽命……

其四，在系統(tǒng)設計與控制層面，力源科技綜合運用多種方法提升電堆可靠性。

針對空氣供給系統(tǒng)開發(fā)了空壓機與背壓閥的協(xié)調控制方法，可實現(xiàn)空氣流量與進氣壓力的解耦，使兩者能快速精確地響應系統(tǒng)需求，且在工況和環(huán)境狀態(tài)變化較大時仍能保持較強的魯棒性，有效避免了變載工況因空氣供應不足而對電堆造成損傷。

針對氫循環(huán)系統(tǒng)開發(fā)了氫引射器比例閥前饋+自適應閉環(huán)控制的方法，精確匹配排氫閥開啟和比例閥開度變化的時刻，可有效抑制排氫閥開啟導致的膜電極兩側壓力波動，大大降低膜電極發(fā)生穿孔的危險。

針對膜水含量設計了狀態(tài)觀測器，分別基于陽極氫氣流量估計和陰極電堆進出口壓差實現(xiàn)對堆內陽極與陰極側液態(tài)水含量的估計，并通過調節(jié)排氫閥開啟時間與空氣過量比實時控制膜水含量在合理范圍內，有效降低了膜干與水淹故障的發(fā)生頻率。

“我們的燃料電池發(fā)電系統(tǒng)可以真正做到穩(wěn)定可靠，適用各種規(guī)模的固定式發(fā)電站?！绷υ纯萍伎偨Y道。

據(jù)了解，在其公司廠區(qū)內的零碳智慧能源示范項目中，采用電解水制氫+燃料電池發(fā)電技術的發(fā)電站項目正在穩(wěn)定運行，電-氫-電轉化效率達35%，行業(yè)內效率優(yōu)勢明顯。

結合行業(yè)來看，氫儲能作為長時儲能技術代表，已經被納入官方支持新型儲能范疇，隨著制氫及儲運成本下降，分布式發(fā)電裝置有望得到推廣。

盡管燃料電池發(fā)電應用目前尚處于萌芽滋長的初期階段，面臨著諸多亟待跨越的難關與挑戰(zhàn)，但力源科技已然作為業(yè)界先鋒，以前瞻的視野與堅定的步伐，深入探索應用場景，逐一攻克技術難關，為燃料電池發(fā)電應用發(fā)展鋪就堅實之路。

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