刘锋：《金属板电堆设计、开发、生产和应用实践启示》

主持人：佛山清极能源有限公司作为佛山本地企业，在氢能领域不断推出新产品，不断走在前列。下面有请刘锋总监为带来《金属板电堆设计、开发、生产和应用实践启示》。

刘锋：谢谢魏老师，我是来自佛山清极的刘锋，接下来我为大家介绍清极能源在金属板电堆设计、开发、生产和应用的一些实践启示。

佛山市清极能源科技有限公司电堆开发部总监   刘锋

先简单介绍一下我们公司，我们核心团队来自清华大学，作为粤港澳大湾区氢能示范城市的骨干企业，成立于2017年7月，属于国家高新技术企业。我们公司是以燃料电池、电堆化发动机系统为核心业务，为新能源汽车产假提供燃料电池动力系统的一个解决方案。

简单介绍我们的发展历程。我们在2018年的时候发布了30千瓦的动力系统，在2019年的时候发布了50和60千瓦的系统，也是在2020年氢听剧场环节我们发布了自己的第一款自主开发的HO100系列电堆，去年时候这个电堆，包括它组装的发动机陆续在佛山环卫各个方面进行应用。

这是我们发动机的一个产品图谱，我们坚持平台化，我们现在第一代的HO系列电堆主打几款产品主要是80千瓦、100千瓦和120千瓦，它按照不同的车型有一些集成的系统，有一些打散的系统。我们也正在开发200千瓦发动机，这个发动机现在主要是面向轨道交通。

值得一提的是我们自己的发动机上面使用的氢气循环系统也是我们自己设计和开发的。

我们HO系列的电堆，上面的发动机都是由HO系列电堆构成，我们HO系列电堆是由两个平台，单堆可以从50千瓦做到150千瓦，它可以以双堆的形式做到300千瓦，现在我们的发动机做到的是200千瓦。

我们现在正在开发的下一代电堆产品，预计明年推出，这个电堆可以实现单堆250千瓦以上。

我们按照应用一代开发一代和预研一代的路线，我们的第一代HO系列电堆现在正在装车应用，大家有兴趣可以这几天在南海偶遇搭载我们电堆和系统的环卫车和物流车。我们HO系列电堆是坚持正向开发金属双极板电堆，超薄金属板流场设计。我们单堆最大是150千瓦，双堆最大限做到200千瓦。去年是4.1千瓦，今年做了优化达到4.3kW/L。这是我们第二代，我们正在测试的第二代电堆性能。第二代是HP系列，寓意着更高的性能。我们在设计之初面向的单堆250千瓦，双堆可以做到500千瓦，可以满足固定式交通和一些45吨重卡。我们当时定的目标是大约6kW/L，这是现在我们测试的一个数据。按照这个数据推算，现在0.619，按照国家补贴是6伏。为了让系统效率更高，在0.619V我们体积比重率可以达到6.6kW/L以上。

这个电堆现在正在测试，预计明年推向市场。

我们的电堆开发是多尺度、多学科、多物理场共同开发，坚持V型开发，从车辆的使用需求出发，经过总体设计、流体仿真、结构仿真、开模打样、样件测试、样堆测试、可靠性测试，完成制造。

简单介绍一下我们这个电堆开发的设计流程，我们主要是聚焦在双极板流场设计，我们会在单电池的时候用单边采集压力与速度数据完成单流道仿真。

大家知道金属双极板比石墨双极板的设计难度更高，主要原因在于它的阴极、阳极、冲压气体流场的时候同时冲压出冷却流场，所以它两个气体流场和冷却流场是耦合的，所以它的设计难度会很大，这是我们整个流道的仿真结果。

我们的电堆都是三五百片，所以我们要做一个公共通道的一个仿真，在300片，500片，我们分析它的一个分配的一致性。然后在结构结构设计方面我们要考察密封电的一个受压的一个情况，电堆三、五百片这么大的电堆以后它的组装力也是比较大的，我们要分析它的结构变形，振动冲击，这个也是我们实际做的一个振动冲击试验，也是完成了振动冲击的DV测试。

给大家分享一下我们自己的一个创新的技术，去年展示了我们交流阻抗在电堆开发中的一些应用。整个国内现在主要就是在面向重型卡车，但重型卡车它的供应需求越来越大，像49吨它需要300千瓦以上的功率，它可能氢耗才比较比较低一些，所以功率越来越大，我们难道是这样子简单的无限制叠加600片700片就可以吗？实际不是这样子的，我们也通过多项技术的一个进步，然后将电堆的这个一致性做的更好。这块我们做个技术保密，不展开讲了，如果感兴趣朋友可以会后跟我进行技术交流。

我简单介绍一下，我们现在在以600片的电堆为例，它实际的一个分布的，气体的过量系数是在1.9几到1.6几这样的一个分布，我们通过一项技术进步，可以让它拉的更平一些，再做另一项进步就可以让600片的这个气体的分布是很均匀的。但是在提升了这个电堆的一致性的同时，我们还没有是把电堆的压降提升，反而是压降减少，所以系统的整体功效也不会增加。

这是我们电堆测试能力，向大家展示一下。单电池的测试，短堆、大堆，200千瓦。我们这个200千瓦测试台实际可以测到300千瓦。我们还作振动冲击、IP67等多项DV测试，我们都是在一些第三方完成的。

向大家汇报了一下，我们完成了去年的整个电堆的一个产线的采购，近期我们刚刚调试完，这里用一分钟的一个视频向大家做一个展示。

边播视频我边介绍一下，分四个部分，一个是膜电极的一个来料检测，我们会对膜电极的这个它的气密、瑕疵，还有碳纸的粘接的一个情况对进行一个检测，我们经过MES系统会实时的记录，这样我们在装堆以后可以回溯是否受膜电极的一些瑕疵带来电堆的一些性能的一些影响。它是一个气密测试，是一个五通道，所以它能保证产能，年长5000台这样的一个效能。这是双极板的一个来料检测，也会检测双极板在冲压过程中是否有一些些变形，包括它是否漏气，气密性检测。这是一个视觉识别的检测。

接下来就是我们现在金属双极板是用那个贴胶线，所以我们是一个自动化的一个贴胶线，这个粘好密封垫的，然后接下来就是这个电堆的一个自动组装线，我们将在通过机械手自动的在中间部分，在中间部分可以实现一个膜电极和双极板进行一个堆叠，然后最后压装完成以后，可以进行切面性测试。

这个产线现在已经完成了，所以我们现在年产可以达到5000台这样一个产能。

接下来为大家介绍一下我们在2022年，除了去年介绍了很多电堆也好，系统也好，技术开发以外，我们今年加强了自己在供应链管理、项目管理、生产管理、质量管理、售后管理和多个方面进一步的加强，为客户提供更为可靠的一个产品。我们自主开发的电堆共35个主要零部件，像大家关心的六大零部件，电堆，膜电极、双极板、催化剂、空压机和轻循环系统都实现了这个广东省示范程序城这个供应，连广东省内的这个碳纸我们也正在测试过程中，预计后面也会实现一个替代。质子交换膜也会尽快实现国产化。

供应链我们今年的做了进一步的完善升级，围绕做精产品质量的这个目标，加强供应商质量审核与管理，实现从产品开发、质量公益保障到优异运营的这个全过程质量提升。我们现在也是按照19949的要求，对我们的供应商也进行一个考核，现在我们具有整个我们所有的产品完达到这个要求的是92%，在电堆上面满足19949和9001体系认证是达到100%。我们现在电堆零部件的这个PPAP一次性通过率是达到80%上，我们也会进一步的要求我们的供应商进行提升。

在项目管理方面，我们根据产品规划和开发计划的时间安排，将所有的先进技术陆续应用到氢能发动机产品。像我们上面提到的，现在超过6.6kW/L明年测试完成，经过一系列测试以后也会尽快替代现有产品。我们提高产品的科技质量和附加值属性，以提高产品的这个核心竞争力，最大化的为客户创造价值。

在生产制造方面，我们是将品质的这个要求贯彻到整个制造方面，运用智能化的这个防错设计，确保市场可控，全面应用MES系统，刚才也提到我们那个自动化产线，电堆，系统，实现制造过程可视化，智能管理中循拉动式生产模式，以订单为驱动。结合WMS系统，实现物料参数的配送及约化，科学的设计工艺制成，实现岗位作业更安全、更高效，持续优化控制参数，不断提升设备的效率，包括我们会创建开放式的这个培训氛围，因为现在这个人才包括生产人才都是很欠缺的，将作业岗位打造为改善的阵地，创新的摇篮。

大家做汽车行业也都知道质量体系，我们现在也是健全了质量体系的一个保证，贯彻与执行质量方针及质量目标，建立完善16949，包括我们也在推做轨道交通，也完成了22163的这个轨道交通行业质量体系，计划每年顺利通过这个审查，构建并完善研发质量体系，供应商质量体系，制成质量体系，市场质量体系，实现质量目标的达成，提升全员的质量意识，我们在今年9月份也做了我们公司的质量月。

这个是169492、163901的体系证书，我们在售后方面是拥有专业的售后服务团队，我们在车辆上线前我们的售后人员也都会跟车去路试。我们在交付产品给客户的时候也会第一时间会安排客户的专题培训，包括收付团队一个定期的培训，这个也得到了客户的这个一致好评。

我们清极能源的实时监控平台，我们可以时时掌握整车氢耗，包括车辆电堆系统的实时状况，可以提前预警是否会有一些故障，提前为客户解决。

简单介绍一下我们现在几个车型，我拿了其中几个车。现在运行最多，包括客户满意度最高的是18吨翼展车。今年和解放一起做了4.5吨的冷藏车和4.5吨的厢式车，为佛山市政府提供18吨清洗车、18洗扫车，现在正在时时运营。

现在搭载我们氢极能源系统的环卫车运营有20多辆，主要在桂城、南海，每量车日军行驶里程达到60公里，它是一个固定路线工作。车辆工作附近均有加氢站方便加氢，单车最长里程超过1000公里，车辆运行稳定。

像9吨车、18吨车我们也在拓展，18吨搭载E100发动机，同时搭载高容量电池，能长时间续航，已经为多家企业服务，累计运行里程超过13000。保温车累计运行超过80多万公里，疫情的时候也为当地政府运送一些抗疫物资。

我的介绍就这里，谢谢。