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(guó)產(chǎn)化的關(guān)鍵部件。換言之，目前國(guó)內(nèi)在路上跑的及正在測(cè)試的燃料電池汽車基本都采用國(guó)產(chǎn)DC/DC。
這主要得益于：國(guó)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(guó)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(shì)。同時(shí)，國(guó)外一些廠家考慮進(jìn)入中國(guó)燃料電池市場(chǎng)，但鑒于目前整個(gè)市場(chǎng)容量小，還沒真正開始下功夫進(jìn)軍中國(guó)市場(chǎng)。
能夠率先實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)化，DC/DC對(duì)于整個(gè)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(guó)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(guó)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(chǎng)？下游燃料電池企業(yè)對(duì)DC/DC提出了哪些應(yīng)用需求？未來DC/DC技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)及市場(chǎng)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(dòng)性，以便對(duì)不同的路況及時(shí)做出相應(yīng)的反應(yīng)。為滿足機(jī)動(dòng)性的要求，燃料電池汽車驅(qū)動(dòng)所需功率會(huì)有較大的波動(dòng)，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(dòng)，會(huì)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(dòng)之間加入DC/DC，兩者共同組成電源對(duì)外供電，從而轉(zhuǎn)換成穩(wěn)定、可控的直流電源，所以一個(gè)高性能的DC/DC對(duì)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(dòng)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(shí)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(dòng)力系統(tǒng)恒壓源、動(dòng)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(shí)對(duì)燃料電池電堆的狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測(cè)及保護(hù)。
燃料電池DC/DC研發(fā)難點(diǎn)主要體現(xiàn)在三個(gè)方面：一是主電路拓?fù)涞倪x擇，針對(duì)不同的電堆就會(huì)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(duì)不同的拓?fù)洌瑢?duì)應(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(dòng)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(huì)出現(xiàn)燃料電池系統(tǒng)乃至整車絕緣問題，而且這個(gè)絕緣問題并不好檢測(cè)，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(jiǎn)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(chǎng)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(yíng)。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。
超10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(dòng)汽車上用的DC/DC，技術(shù)門檻偏高，加之目前市場(chǎng)需求較小，國(guó)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(cè)試的DC/DC企業(yè)有福瑞電氣、上海磐動(dòng)、英威騰、北京動(dòng)力源、欣銳科技、武漢力行遠(yuǎn)方、深圳創(chuàng)耀、深圳核達(dá)、武漢合康等超10家企業(yè)，其中前五家市場(chǎng)份額占比相對(duì)較大，而這五家中有三家企業(yè)來自深圳，余下的也較多來自深圳，與深圳在電力電子領(lǐng)域?qū)嵙^強(qiáng)有關(guān)系。
福瑞電氣6位創(chuàng)始股東都畢業(yè)于清華，北京-清華工業(yè)開發(fā)研究院也參與了對(duì)公司的投資，是億華通的主力供應(yīng)商之一；上海磐動(dòng)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(dòng)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(guó)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(shì)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(guó)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(duì)成熟。未來無論從政策導(dǎo)向還是市場(chǎng)應(yīng)用來看，大功率DC/DC一定是大勢(shì)所趨。
目前國(guó)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(chǎng)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?？梢哉f，沒有磨合與驗(yàn)證，與整車匹配或多或少都會(huì)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(gè)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(gè)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(hào)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(jià)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。
