苦练氢燃料电池技术“内功” 力源科技带来高稳定低氢耗“性能战士”
转自：财联社
今年是我国氢燃料电池示范发展的第三个年头，燃料电池企业一方面忙着跑终端市场、扩充资金储备；另一方面，在环境不确定、生存压力之下，企业仍在持续针对市场需求磨练产品基本功，围绕可靠性、稳定性、寿命、氢耗等性能进行技术优化和迭代。
这意味着，关于“怎样才是一款好的燃料电池系统？”这一核心问题，行业已经有了更为明确的答案。
力源科技（688565）的燃料电池系统，正是在用实际行动回答这个问题。围绕车用、发电两大主要场景，侯俊波博士带领技术团队对系统稳定性、可靠性、氢耗、故障率、寿命等核心指标进行设计优化和工艺迭代，向行业交出车用发动机系统、氢储能发电系统两大绝佳匠心之作。
高稳定低氢耗，车用燃料电池系统运行表现亮眼
车用领域，力源科技已经完成了燃料电池发动机系统的系列产品开发，功率范围涵盖30kW~235kW，可广泛应用于乘用车、城市客车、轻中重型卡车、叉车、拖车、工程机械等诸多车辆。
其中搭载力源科技HYPSR-04型号70KW车载系统的17台氢燃料电池公交车在近日交出了亮眼的运行数据：
这17台公交车在浙江省嘉兴市嘉善县持续运行近一年半的时间里，总行驶里程达80万公里，氢气平均消耗为3.7kg/百公里，远低于行业内平均的5kg/百公里，在助力嘉善市公共交通节能环保转型方面展现了显著优势。
除购置成本外，百公里能耗指标是车辆最重要的经济性指标之一。燃料电池汽车要实现商业化，除了持续推进各环节降本外，降低车辆运行中的使用成本，降低氢耗以提高燃料经济性十分重要。力源科技低氢耗的运行数据，证明了其在燃料电池系统及整车动力匹配层面的深厚技术功底。
此外，低故障率是这批公交车在实际运行中的另一大亮点。70KW的氢燃料电池系统不仅满足了公交车日常运营的需求，同时在长时间和高频率使用下依然能够提供稳定且高效的动力输出，没有出现显著故障，验证了其在复杂路况和多变气候条件下的适应能力。
“总行驶里程达80万公里，平均消耗仅为3.7kg/百公里，在各种环境下的顺畅运行是我们氢燃料电池技术的可靠性、实用性的最佳佐证，也展示了氢燃料电池技术的巨大潜力。氢燃料电池的应用对嘉善市及整个公共交通行业有深远影响，也为更多城市采用清洁能源公交车提供了重要参考。”力源科技表示。
新能源汽车在发展初期总是遭遇稳定性、可靠性等质疑，氢燃料电池汽车也不例外。燃料电池企业每一批车辆的投放，在面临着市场性能检验的同时，也面临着地方政府、运营方对燃料电池企业，乃至整个行业的信任考验。
为了做出让市场放心的产品，保证车用燃料电池系统稳定性、耐久性，力源科技在系统架构设计、故障诊断机制、运行状态监测等方面倾注了非凡心力与卓越智慧，确保每一环节皆精益求精，以科技之力铸就品质基石，让安全与可靠成为产品的鲜明标签。
“我们在发动机控制系统内置了故障诊断框架，可快速诊断出空气路压力异常、氢空压差过大、氢气压力异常、冷却液回路低压、冷却液温度过高、排水阀卡滞等主要故障类型，并针对可能造成严重后果的故障设有保护性响应机制，尽可能避免电堆受损。”侯俊波博士指出。
同时，每台车载燃料电池系统都集成了TBOX（见下图），能够针对一些时间尺度较长的性能劣化，控制系统也进行实时监测与预警，并设有相应的故障改出策略。基于TBOX的实时数据上传系统可远程监控燃料电池发动机系统运行状态，实现远程故障排查。同时不断扩充的运行数据集可用于分析、学习和挖掘其中包含的故障信息，不断完善数据驱动的智能诊断机制。
毋庸置疑的是，凭借着高稳定低氢耗、皮实耐用的燃料电池系统特性，这家燃料电池“新秀”已经推开万亿级氢车市场的大门。
100kW-100MW，固定式发电系统有“四重惊喜”
车用之外，固定式发电应用也是力源科技持续深耕的应用场景之一。GGII预计，到2030年国内燃料电池储能发电累计装机规模有望达5GW，2023~2030燃料电池发电系统市场增量空间超240亿元。
围绕模块化、智能化、稳定耐久、可靠性四大关键性能，力源科技的固定式发电系统已经执刃而来，杀向氢储能市场。
力源科技开发的柜式发电模块的额定功率为100kW，输出380V交流电；集装箱式模块的额定功率为1MW，输出10kV交流电。
发电模块既可独立运行也支持多模块并联扩容，结合变压设备和储能单元可灵活实现从100kW到100MW的分布式发电弹性容量部署，具有标准化生产，一体化运输，现场施工简单的特点。
其二，每个发电模块产品具备独立自洽的控制功能，保证了整个发电系统的智能化，以达到降低氢耗及衰减的目的。
集装箱式模块内置四台燃料电池系统，由微网控制器接收外部命令并向每台燃料电池系统和逆变器等发送控制信号。当多模块并联运行时，每一台燃料电池系统的运行数据均穿透模块层级，高速实时接入综合智慧能量管理系统，实现云端集中调度与远程运维。
智慧能量管理系统在电堆层面可实时优化每个燃料电池的输出功率，提高各电堆平均效率，降低系统总氢耗，并兼顾约束功率波动率，延缓电堆性能衰减。系统层面，能量管理系统具备用电模式自适应功能，可根据用电特性自动匹配最优发电模式，以避免频繁启停、频繁变载等大损耗工况。
其三，固定式发电应用对燃料电池产品的稳定性、耐久性要求极高，力源科技从材料、部件到系统层面做了优化。
如通过对PEM、GDL、催化剂等关键原材料选型，以及对MEA的结构优化，力源科技膜电极研发团队开发出四层边框结构的膜电极，可为固定电站提供所需长耐久的MEA；通过优化系统在启停、变载、高/低负荷等工况下的应对策略，避免对质子交换膜、催化剂、气体扩散层等材料的损耗，延长电堆寿命……
其四，在系统设计与控制层面，力源科技综合运用多种方法提升电堆可靠性。
针对空气供给系统开发了空压机与背压阀的协调控制方法，可实现空气流量与进气压力的解耦，使两者能快速精确地响应系统需求，且在工况和环境状态变化较大时仍能保持较强的鲁棒性，有效避免了变载工况因空气供应不足而对电堆造成损伤。
针对氢循环系统开发了氢引射器比例阀前馈+自适应闭环控制的方法，精确匹配排氢阀开启和比例阀开度变化的时刻，可有效抑制排氢阀开启导致的膜电极两侧压力波动，大大降低膜电极发生穿孔的危险。
针对膜水含量设计了状态观测器，分别基于阳极氢气流量估计和阴极电堆进出口压差实现对堆内阳极与阴极侧液态水含量的估计，并通过调节排氢阀开启时间与空气过量比实时控制膜水含量在合理范围内，有效降低了膜干与水淹故障的发生频率。
“我们的燃料电池发电系统可以真正做到稳定可靠，适用各种规模的固定式发电站。”力源科技总结道。
据了解，在其公司厂区内的零碳智慧能源示范项目中，采用电解水制氢+燃料电池发电技术的发电站项目正在稳定运行，电-氢-电转化效率达35%，行业内效率优势明显。
结合行业来看，氢储能作为长时储能技术代表，已经被纳入官方支持新型储能范畴，随着制氢及储运成本下降，分布式发电装置有望得到推广。
尽管燃料电池发电应用目前尚处于萌芽滋长的初期阶段，面临着诸多亟待跨越的难关与挑战，但力源科技已然作为业界先锋，以前瞻的视野与坚定的步伐，深入探索应用场景，逐一攻克技术难关，为燃料电池发电应用发展铺就坚实之路。