在氫燃料電池汽車市場需求尚未真正啟動，國家補貼遲遲沒有發(fā)布的背景下，盲目追求電堆的高功率密度真的能解決燃料電池商業(yè)化進(jìn)程的瓶頸嗎？上海氫晨新能源科技有限公司（下稱“上海氫晨”）總經(jīng)理易培云博士對上述問題有不一樣的思考。
“數(shù)據(jù)做得最好看不一定適合當(dāng)下的真實需求，中國燃料電池發(fā)展還是要從實際出發(fā)，不能唯數(shù)據(jù)論?！币着嘣圃诮邮芨吖潆妼ＴL時表示，當(dāng)下很多媒體和業(yè)內(nèi)人士都在關(guān)注燃料電池電堆功率密度的提升，卻忽視了怎樣的電堆才最適合當(dāng)下的產(chǎn)業(yè)發(fā)展需要。
作為一家專注于高密度燃料電池電堆研發(fā)與制造的企業(yè)，上海氫晨核心團(tuán)隊與核心技術(shù)源自上海交通大學(xué)，經(jīng)過近10年的持續(xù)研發(fā)，已開發(fā)三款具有自主知識產(chǎn)權(quán)的燃料電池電堆。其103kW金屬板電堆經(jīng)專業(yè)機(jī)構(gòu)檢測，體積功率密度為3.3kW/L，達(dá)到行業(yè)先進(jìn)水平。
對于易培云博士和由他掌舵的上海氫晨來說，公司已經(jīng)走過了追求單堆功率和功率密度大小的歷史階段，如何站在用戶需求的角度，規(guī)?；a(chǎn)批次穩(wěn)定、品質(zhì)可靠的電堆產(chǎn)品才是全公司最關(guān)注的問題。
（上海氫晨專為60kW系統(tǒng)開發(fā)的量產(chǎn)型H280C電堆產(chǎn)品，額定功率80kW）
在近日舉行的第四屆國際氫能與燃料電池汽車大會上，上海氫晨著重推介了其額定功率為80kW的H280C型電堆產(chǎn)品。從100kW回到80kW，上海氫晨策略轉(zhuǎn)變的背后也在一定程度上代表著國產(chǎn)電堆系統(tǒng)廠商，在跨越試樣階段走向量產(chǎn)階段時的關(guān)鍵抉擇。
那么，從樣堆到量產(chǎn)型電堆又要經(jīng)歷哪些過程？電堆制造自動化是否會產(chǎn)能過剩？圍繞這些問題，高工氫電編輯對上海氫晨總經(jīng)理易培云博士進(jìn)行了獨家專訪，以下是專訪實錄，供讀者參考。
高工氫電：上海氫晨最大優(yōu)勢在大功率金屬板電堆研發(fā)與制造。公司的H2100A型電堆峰值功率超過100kW，并在國內(nèi)多家整車及系統(tǒng)廠商得到應(yīng)用。此次發(fā)布額定功率為80kW的H280C是基于什么樣的考慮？目標(biāo)市場如何？
易培云：H2100A主要是針對全功率的乘用車市場，H2100A型電堆和H280C型電堆的設(shè)計初衷和理念是完全不同的，相對應(yīng)的，對電堆內(nèi)部核心的兩個零部件：雙極板和膜電極設(shè)計和材料選型也是完全不同的。H280C額定功率為80kW的電堆屬于第二代產(chǎn)品，組成系統(tǒng)后，額定功率大于60kW。這款產(chǎn)品定位是專門針對商用車開發(fā)的，具有更高的效率。
H280C電堆功率降低到80kW，不僅僅意味著系統(tǒng)開發(fā)商和整車開發(fā)商可以選用相對更為成熟的部件進(jìn)行系統(tǒng)匹配和優(yōu)化，配合更為靈活的動力系統(tǒng)能量管理方案，有望提升燃料電池商用車的綜合效率和耐久性。相較于目前市面上很多電堆供應(yīng)商直接拿針對乘用車設(shè)計的電堆移植到商用車上的做法，H280C這款電堆是完全針對商用車量身定制的，因此其在商用車工況下的綜合效率、適用的電流電壓等級、額定工作點的穩(wěn)定性及耐久性都有大幅的提升。
此外，在電堆的關(guān)鍵零部件，雙極板和膜電極方面，都針對商用車更長的使用壽命（>15000小時耐久）和相對穩(wěn)定的工作條件，更窄的工作范圍（0.68V-0.85V）以及更為緩慢的變載條件（<15kW/s）的工況特點，優(yōu)化了金屬雙極板的鍍層材料，膜電極的催化劑材料以及電堆整體的水熱管理。從材料到部件到電堆整體都能更好的適應(yīng)商用車長耐久、低成本、高效率的技術(shù)要求。這款產(chǎn)品已經(jīng)通過全套的DV試驗包括沖擊、振動，高低溫，EMC等實驗驗證，包括壽命實驗驗證，目前已經(jīng)有相關(guān)意向訂單，明年目標(biāo)是出貨1000臺。
從研發(fā)100kW回到量產(chǎn)80kW電堆，主要是站在客戶的角度來考慮，我們認(rèn)為，現(xiàn)階段，與追求更高的額定功率電堆相比，在保證性能足夠的情況下，綜合提升系統(tǒng)效率，提高燃料電池壽命，降低成本更貼近市場的需求，也跟符合客戶的實際需要。
高工氫電：目前國內(nèi)的電堆企業(yè)也很多，上海氫晨有什么核心技術(shù)能確保電堆的大功率和高功率密度？
易培云：我覺得在討論功率密度大小之前，先要明白一個事情，這個電堆做好后是用在什么車型上，在怎樣的場景中使用？是注重效率還是注重加速性能？是注重壽命還是成本？基于不同的出發(fā)點，最終成型的產(chǎn)品也會有所不同。因此，沒有一款電堆可以通用所有的應(yīng)用場景，氫晨的優(yōu)勢在于具備跨學(xué)科的聯(lián)合仿真能力，從產(chǎn)品設(shè)計、制造再到檢測，對不同的環(huán)節(jié)進(jìn)行把控，主要涉及幾大核心技術(shù)：
首先，是電堆設(shè)計的“多學(xué)科-跨尺度”聯(lián)合仿真技術(shù)。由于電堆涉及多學(xué)科，比如機(jī)械工程、固體力學(xué)、工程熱物理、流體力學(xué)、電化學(xué)、分子動力學(xué)等，同時跨越了宏觀尺度、介觀尺度、微觀尺度和納觀尺度等，上海氫晨共有十余名博士長期從事電堆“多學(xué)科-跨尺度”的仿真計算，這是電堆設(shè)計與開發(fā)的理論基礎(chǔ)；
第二，是電堆層疊式裝配界面匹配技術(shù)。最好的雙極板板加最好的膜電極，組裝的電堆不一定具有最好的性能。通過多年對極板與膜電極組件間的微觀接觸行為的研究，上海氫晨開發(fā)了電堆微觀界面接觸模型、電-力耦合模型與密封失效模型，通過多目標(biāo)優(yōu)化實現(xiàn)金屬極板與膜電極的有效匹配；
第三，電堆裝配的容差分配技術(shù)。任何部件（雙極板、膜電極、密封圈、端板）都存在加工誤差。我們通過建立電堆層疊式裝配模型，分析部件制造誤差、裝配誤差、定位誤差對接觸壓力影響規(guī)律，主動對電堆部件進(jìn)行容差分配設(shè)計。目前，上海氫晨可以將整堆側(cè)邊裝配誤差控制在0.2mm以內(nèi)。
第四，電堆智能檢測與快速診斷技術(shù)。引入智能傳感器等實時監(jiān)測電堆裝配和使用過程的接觸壓力均勻性、電流密度分布均勻性等狀態(tài)；開發(fā)大功率電堆氣體流量分布測試系統(tǒng)，診斷電堆密封狀態(tài)；采集電堆使用過程的溫度、濕度信息，實現(xiàn)電堆全壽命周期健康狀態(tài)監(jiān)測；
最后，高密度電堆智能制造技術(shù)。這方面主要通過自動化的生產(chǎn)設(shè)備來減少誤差，提升產(chǎn)品的一致性。目前，上海氫晨聯(lián)合開發(fā)的電堆自動化裝配平臺可以將裝配時間縮短到20-40分鐘，最終目標(biāo)是開發(fā)全自動的智能制造生產(chǎn)線，生產(chǎn)節(jié)拍3分鐘/臺電堆。
高工氫電：開發(fā)樣堆與批量化生產(chǎn)難度截然不同，請問上海氫晨為此做了哪些準(zhǔn)備？
易培云：樣堆和批量生產(chǎn)的電堆是兩種截然不同的產(chǎn)品，像這次展會上發(fā)布的H280C就是一款量產(chǎn)的產(chǎn)品，量產(chǎn)的電堆更加注重用戶的體驗，你需要關(guān)心的是客戶能否把你的電堆用好，就算你的功率密度達(dá)到4.0kW/L，如果對系統(tǒng)輔件要求非常高，依然不是一款理想電堆，會導(dǎo)致系統(tǒng)成本上升、系統(tǒng)可靠性下降。
其次，批量生產(chǎn)的電堆一定要考慮產(chǎn)品的一致性、可靠性和電堆壽命，這也跟電堆產(chǎn)品的質(zhì)量和品控息息相關(guān)。做好這些之后，還需要經(jīng)過較長時間的檢測和驗證，最好還需要考慮到成本，生產(chǎn)工藝和材料匹配方面降低成本，氫晨推出H280C主要就是考慮到這些因素。
高工氫電：據(jù)了解，上海氫晨已經(jīng)使用了單臺自動化裝備進(jìn)行電堆組裝，正在布局電堆智能制造生產(chǎn)線。但目前市場容量小，電堆制造自動化是否會產(chǎn)能過剩？
易培云：氫晨瞄準(zhǔn)的是一個更長遠(yuǎn)的市場。我們判斷，2021年中國氫燃料電池汽車市場會有一個比較大的增量，這樣判斷的依據(jù)在于當(dāng)下眾多推廣燃料電池汽車的區(qū)域正在加緊推進(jìn)加氫站建設(shè)，這個建設(shè)周期需要一年多的時間，如果加上配備運營的車輛，則需要2年左右的時間。目前氫晨規(guī)劃建設(shè)一條全自動化的電堆生產(chǎn)線，這個生產(chǎn)線的產(chǎn)能可以達(dá)到1萬臺每年。當(dāng)然，現(xiàn)在遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒有這樣的市場需求，我們這樣布局的目的在于2年后能夠為市場提供批次穩(wěn)定的可靠產(chǎn)品。所以說，產(chǎn)能過剩只是針對當(dāng)下需求較少的一個說法，當(dāng)市場起量之后，并不會發(fā)生這種情況。
高工氫電：預(yù)計公司產(chǎn)品何時進(jìn)入工信部公告，何時投放市場運營？
易培云：氫晨目前有幾款產(chǎn)品正在配合主機(jī)廠裝機(jī)上公告，其中H280C這款產(chǎn)品主要在適配公交、巴士；另一款H2100D在適配重卡，這兩款電堆產(chǎn)品都有望在明年3月上公告，從現(xiàn)在的進(jìn)度來看，明年3月，氫晨有望在公交、巴士和重卡這三款車型上公告。
高工氫電：上海氫晨的產(chǎn)品規(guī)劃及市場拓展計劃是怎樣的？
易培云：從市場角度來說，目前燃料電池的市場化尚未成熟，這個階段是誰有資源，誰就能上，目前氫晨也在謀劃跟一些企業(yè)合作在推動燃料電池汽車的區(qū)域化運營，從上海臨港的自貿(mào)區(qū)，到嘉興、寧波，氫晨都在設(shè)計其中的一些應(yīng)用場景，我希望這部分的推廣能做成3個三角形，其一是上海嘉定、金山和臨港的三角；其二是蘇州、張家港、如皋；其三是臨港自貿(mào)區(qū)、寧波、嘉興，形成三個三角的示范運營區(qū)，目前這幾個地方都在談，這三個三角的區(qū)域恰好適合物流貨運，覆蓋在200多公里的范圍內(nèi)，能發(fā)揮氫燃料電池物流車優(yōu)勢。
從產(chǎn)品的角度來說，目前氫晨已經(jīng)布局了3條線，一條是小型的電堆，H150A，這款產(chǎn)品適合插電混合和增程式，電堆的額定功率在45kW到50kW，成系統(tǒng)后在30kW，當(dāng)然這類車型還會適配一部分動力電池；第二款H280C比較適合商用車，如公交和巴士、物流車，需要用到的鋰電池較少，幾度電的電池就可以；第三款H2100系列則主要是針對重卡領(lǐng)域；這三款產(chǎn)品的應(yīng)用場景側(cè)重點有所不同，未來還會推出功率密度更高的H3系列產(chǎn)品，投入到乘用車領(lǐng)域應(yīng)用。
高工氫電：上海氫晨整個經(jīng)營運轉(zhuǎn)情況如何？是否有融資計劃？
易培云：上海氫晨目前已經(jīng)完成了第一輪的融資，目前公司的整體運用情況還比較正常，公司也獲得了上海市科委、臨港自貿(mào)區(qū)和臨港集團(tuán)的項目支持，目前在考慮Pre-A輪融資，融資的目的在于提升產(chǎn)能和擴(kuò)大規(guī)模，會優(yōu)先考慮能提供優(yōu)質(zhì)資源和項目的投資方。
高工氫電：您認(rèn)為今年補貼政策為何遲遲未出？對此，您有哪些建議？
易培云：個人認(rèn)為，政策制定方面目前可能尚未想好補貼優(yōu)先放在哪個環(huán)節(jié)，是補貼整車制造商還是補貼運營商，或者補貼相關(guān)零部件；其次，補貼的門檻放在什么位置同樣很關(guān)鍵；最后，補貼整車遲遲沒出臺，也是希望氫燃料電池汽車的推廣不能重蹈當(dāng)年純電動汽車的覆轍，避免出現(xiàn)為了補貼一擁而上的局面。
我的建議是，氫燃料電池領(lǐng)域的補貼還是要從技術(shù)的角度出發(fā)，設(shè)定一定門檻，不要給渾水摸魚的人鉆政策空子的機(jī)會，避免行業(yè)發(fā)展初期的那些沒有技術(shù)和積累的公司蜂擁而入，造成產(chǎn)能過剩。只要在產(chǎn)業(yè)鏈條中，主機(jī)廠、燃料電池系統(tǒng)、關(guān)鍵零部件等不同環(huán)節(jié)有3到5家頭部企業(yè)成長起來了，形成緊密配合，整個行業(yè)就會步入一個良性發(fā)展的軌道。
高工氫電：目前國內(nèi)石墨板電堆應(yīng)用偏多，對于金屬板電堆的下游應(yīng)用，國內(nèi)看法不一，您怎么看？
易培云：石墨雙極板燃料電池的興起是基于歷史原因，金屬雙極板則是后面才興起的，目前業(yè)界的共識是未來乘用車使用金屬雙極板電堆優(yōu)勢非常明顯。至于商用車方面則存在一定爭議，一方面，由于石墨板電堆已經(jīng)裝車運營，有超過2萬小時以上的運營驗證，所以石墨板電堆的呼聲現(xiàn)階段比較高，金屬板則由于在壽命上沒有足夠的驗證而受到質(zhì)疑。目前，國內(nèi)已有金屬極板企業(yè)突破了涂層的技術(shù)和產(chǎn)能瓶頸，滿足商用車的使用要求。
長遠(yuǎn)來看，未來氫燃料電池汽車進(jìn)入大批量狀態(tài)時，金屬雙極板會更有優(yōu)勢，因為金屬雙極板更符合汽車行業(yè)自動化生產(chǎn)的要求，沖壓、焊接、裝配等工藝對金屬板來說更容易實現(xiàn)，也更容易降低整體的生產(chǎn)制造成本。因此，我們很看好金屬雙極板電堆未來的市場，而且會堅定的走金屬雙極板燃料電池路線。
感謝高工氫電的采訪！燃料電池汽車產(chǎn)業(yè)鏈非常長，衷心地希望產(chǎn)業(yè)鏈上各個企業(yè)站好自己的崗位、掌握自己的核心技術(shù)，這樣才能打通整個產(chǎn)業(yè)鏈環(huán)節(jié)，形成良好的產(chǎn)業(yè)生態(tài)。切忌大而全、大干快上，行穩(wěn)才能致遠(yuǎn)！
