在目前燃料電池系統(tǒng)應(yīng)用中，DC/DC是唯一一款基本實(shí)現(xiàn)國產(chǎn)化的關(guān)鍵部件。換言之，目前國內(nèi)在路上跑的及正在測試的燃料電池汽車基本都采用國產(chǎn)DC/DC。
這主要得益于：國內(nèi)企業(yè)在傳統(tǒng)電力電子領(lǐng)域有一定的積累，研發(fā)出的產(chǎn)品效果可能比國外進(jìn)口產(chǎn)品差些，但可以用于燃料電池系統(tǒng)，且兼具明顯的成本優(yōu)勢。同時，國外一些廠家考慮進(jìn)入中國燃料電池市場，但鑒于目前整個市場容量小，還沒真正開始下功夫進(jìn)軍中國市場。
能夠率先實(shí)現(xiàn)國產(chǎn)化，DC/DC對于整個燃料電池系統(tǒng)成本的降低起到一定的幫助。不過，在燃料電池快速邁向大功率的過程中，需要體積更小、效率更高、輸出性能更穩(wěn)定的DC/DC相匹配，而目前國內(nèi)實(shí)際用于60kW以上的DC/DC產(chǎn)品較少，缺乏充分的驗(yàn)證。
國內(nèi)燃料電池DC/DC技術(shù)發(fā)展究竟到了什么程度？哪些企業(yè)在角逐這塊市場？下游燃料電池企業(yè)對DC/DC提出了哪些應(yīng)用需求？未來DC/DC技術(shù)發(fā)展趨勢及市場前景又如何？
燃料電池DC/DC技術(shù)難點(diǎn)
與傳統(tǒng)汽車一樣，燃料電池汽車也必須具有很強(qiáng)的機(jī)動性，以便對不同的路況及時做出相應(yīng)的反應(yīng)。為滿足機(jī)動性的要求，燃料電池汽車驅(qū)動所需功率會有較大的波動，這與燃料電池的輸出特性偏軟是相矛盾的。
若以燃料電池作為電源直接驅(qū)動，會表現(xiàn)為輸出特性偏軟、輸出電壓較低，在燃料電池與汽車驅(qū)動之間加入DC/DC，兩者共同組成電源對外供電，從而轉(zhuǎn)換成穩(wěn)定、可控的直流電源，所以一個高性能的DC/DC對燃料電池汽車顯得尤為重要。
如果用更為專業(yè)的術(shù)語來描述DC/DC在燃料電池動力系統(tǒng)中的功用，就是將燃料電池產(chǎn)生的能量傳遞給MCU(電機(jī)控制器)等，同時通過支撐電池將燃料電池的輸出同電機(jī)控制器的輸入解耦，改變FC輸出特性，滿足動力系統(tǒng)恒壓源、動態(tài)響應(yīng)等方面的要求，并有機(jī)分配燃料電池與鋰電池之間的能量，達(dá)至最佳能效，同時對燃料電池電堆的狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測及保護(hù)。
燃料電池DC/DC研發(fā)難點(diǎn)主要體現(xiàn)在三個方面：一是主電路拓?fù)涞倪x擇，針對不同的電堆就會有不同的選擇，這方面存在一定的技術(shù)難度；二是控制，針對不同的拓?fù)?，對?yīng)的控制也不一樣；三是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和熱設(shè)計(jì)方面，在滿足客戶水阻和壓損的條件下，需要最大限度地提高DC/DC散熱功率，這要求在有限的體積下，提高功率密度。
從燃料電池DC-DC功率電路來看，分為隔離型與非隔離型兩種。其中隔離型可以做到電氣絕緣、安全性高，但體積大、成本高；非隔離型在轉(zhuǎn)換效率、動態(tài)響應(yīng)特性及大功率拓展較隔離型優(yōu)，但抗干擾能力弱，整車絕緣水平差。
一名燃料電池企業(yè)高層透露：“公司一開始采用非隔離型，但在應(yīng)用過程中，會出現(xiàn)燃料電池系統(tǒng)乃至整車絕緣問題，而且這個絕緣問題并不好檢測，也不好解決。從穩(wěn)定性和可靠性來考慮，我們目前用隔離型的多。不過，只要能解決絕緣性問題，我們肯定傾向采用拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)簡單、額定效率高、體積小、成本低的非隔離型DC/DC?！?
不過，高工氫電了解到，目前市場上也有燃料電池企業(yè)采用非隔離型DC/DC，并且已經(jīng)裝車展開示范運(yùn)營。整體而言，非隔離型是業(yè)界認(rèn)為更好的DC/DC解決方案，只是技術(shù)還有待完善，一些DC/DC廠家也正從隔離型產(chǎn)品轉(zhuǎn)向開發(fā)非隔離型產(chǎn)品，以適應(yīng)下游應(yīng)用需求。
10多家企業(yè)展開角逐
燃料電池DC/DC畢竟不同于傳統(tǒng)電源及電動汽車上用的DC/DC，技術(shù)門檻偏高，加之目前市場需求較小，國內(nèi)能夠做好DC/DC尤其是大功率DC/DC的廠家其實(shí)并不多，相關(guān)企業(yè)從2016年、2017年才開始涉足該行業(yè)。
高工氫電調(diào)研了解到，目前已經(jīng)實(shí)現(xiàn)裝車及送樣測試的DC/DC企業(yè)有上海磐動、英威騰、北京動力源、欣銳科技、武漢力行遠(yuǎn)方、福瑞電氣、深圳創(chuàng)耀、深圳核達(dá)、武漢合康等多家企業(yè)，其中多家來自深圳，與深圳在電力電子領(lǐng)域?qū)嵙^強(qiáng)有關(guān)系。
上海磐動的大股東是上海重塑，上海重塑占股62.5%，是上海重塑的主力供應(yīng)商，該公司也是唯一一家僅圍繞燃料電池展開產(chǎn)品研發(fā)的企業(yè)；英威騰、欣銳科技、動力源都是上市公司，原本在電力電子設(shè)備行業(yè)及新能源汽車電機(jī)電控領(lǐng)域表現(xiàn)出色，也實(shí)現(xiàn)給國內(nèi)多家燃料電池企業(yè)供貨。
值得一提的是，為掌握燃料電池DC/DC這一關(guān)鍵部件技術(shù)，在擁有人才優(yōu)勢的條件下，少數(shù)燃料電池企業(yè)選擇自主研發(fā)DC/DC，比如武漢泰歌自主研發(fā)了40kW DC/DC，委外加工；其實(shí)上海重塑也掌握了車載燃料電池DC/DC技術(shù)，通過控股子公司表現(xiàn)出來。
雖然相比于其他燃料電池關(guān)鍵部件而言，DC/DC已經(jīng)表現(xiàn)很出色了，但資深業(yè)內(nèi)人士提醒道，近兩年國內(nèi)30kW燃料電池產(chǎn)品應(yīng)用較多，相匹配的DC/DC經(jīng)過充分的磨合與驗(yàn)證，也相對成熟。未來無論從政策導(dǎo)向還是市場應(yīng)用來看，大功率DC/DC一定是大勢所趨。
目前國內(nèi)40kW/50 kW產(chǎn)品有樣機(jī)，部分在示范運(yùn)行中，但60 kW及以上經(jīng)過驗(yàn)證的產(chǎn)品較少，主要原因在于目前市場上真正實(shí)現(xiàn)運(yùn)行的大功率燃料電池汽車幾乎不可見。可以說，沒有磨合與驗(yàn)證，與整車匹配或多或少都會出現(xiàn)問題。
唯有真正擁有技術(shù)實(shí)力及獲得大客戶資源的企業(yè)才能制勝未來。
一名燃料電池DC/DC企業(yè)高層建議著重把握四個方面：第一，高能效。高效轉(zhuǎn)換率方面軟開關(guān)功率拓?fù)?，高效率軟件可以控制算法。通過與FCU的配合和調(diào)配能量分配，提升整個FCEV系統(tǒng)的能效；第二，高功率密度?？梢蕴嵘儞Q器轉(zhuǎn)換效率，可以進(jìn)行高頻化，也可以進(jìn)行精細(xì)化的熱設(shè)計(jì)及熱仿真技術(shù)；第三，集成化。FCU與PDU、信號轉(zhuǎn)接板、DCL、空壓機(jī)MCU、氫氣循環(huán)泵MCU等集成；第四，高性價比。通過批量商業(yè)化應(yīng)用，降低成本。通過提升系統(tǒng)能效，確保產(chǎn)品可靠性，來降低產(chǎn)品全生命周期的低成本。
因此，領(lǐng)先燃料電池DC/DC廠家選擇朝著碳化硅高頻化、高功率密度的技術(shù)方向發(fā)展。
