• 歡迎訪問上海政飛電子科技有限公司官方網站!
    客戶服務熱線: 021-52212899
    產品目錄
    聯系我們
    上海政飛電子科技有限公司
    地址:上海市寶山區滬太支路1398號1層
    您的位置: 網站首頁 >> 技術文章 >> 上海氫晨大功率金屬板燃料電池堆核心技術

    上海氫晨大功率金屬板燃料電池堆核心技術

    發布日期: 2019-10-24
    瀏覽人氣: 3125

    金屬極板電堆具有功率密度高、冷啟動性能好、抗振性能優異等優點,是未來車用燃料電池的主流方向;同時金屬極板采用沖壓、焊接、涂裝等工藝,更符合汽車行業發展規律,易于實現大批量、低成本制造。本文分享上海氫晨新能源科技有限公司(以下簡稱上海氫晨)大功率金屬極板燃料電池堆核心技術。

    燃料電池電堆由數百片雙極板、膜電極、密封元件等關鍵部件層疊裝配而成,電堆設計、部件匹配、電堆可靠性等方面面臨技術挑戰。上海氫晨核心團隊源自上海交通大學,經過近10年的持續研發,突破了系列核心技術。

    上海氫晨專為100kW系統開發的H2100A型電堆

    近年來,上海氫晨專注金屬極板電堆,開發出了45kW(面向30kW系統)、80kW(面向60kW系統)和120kW(面向100kW系統)的系列化電堆,在電池性能、可靠性與成本方面具有顯著優勢。

    上海氫晨專為60kW系統開發的H280C型電堆

    高功率密度電堆設計

    提升集成緊湊性并減小冷卻阻力,上海氫晨新一代電堆設計將冷卻與進氣走向垂直布置。如下圖所示,傳統的Co/Counter-Flow設計存在水-熱平衡問題,導致電流密度(反應)分布不均勻,造成局部過熱、水淹/欠氣等,影響電池性能和壽命,并對系統控制提出更高的要求。為解決此問題,上海氫晨開發了參數化流道設計工具分區電流密度測試平臺,采用領xian的Wavy Cross-Flow設計,通過反應氣/冷卻流道變徑和流向控制,解決了高電流密度工況水熱平衡問題。新一代Wavy Cross-Flow設計有效提升催化層氧濃度43.5%,通過二次流增強排水效果減少GDL內水淹風險,并提升了換熱效率,具體結果見下表。

    新一代Wavy Cross-Flow流場與傳統Co/Counter-Flow流場設計對比

                       傳統Co/Counter-flow流道分區電流密度測試結果@1./c㎡

    新一代Wavy Cross-Flow流道分區電流密度測試結果@1./c㎡

    新一代Wavy Cross-Flow流道設計后電流密度分布如上圖所示,較Co/Counter-Flow設計均勻性提升超70%?;诖思夹g,上海氫晨專門開發了面向下一代補貼政策的H280C型電堆,電堆額定功率80kW(系統60kW)。如下圖所示,相同膜電極條件下電堆性能提升17.7%,體積功率密度(含一體化端板)達2.5kW/L,額定工況電堆效率達53%,怠速工況達 67%。

    基于新一代Wavy Cross-Flow流場設計的上海氫晨H280C型電堆性能提升

    高可靠性和耐久性

    通過內部互鎖結構設計和模塊連接方式優化,H280C模塊設計滿足車用SAE J2380抗振要求。下圖分別給出了電堆模塊的振動變形和各階共振頻率仿真結果,在考慮氣體/裝配壓力和不考慮氣體/裝配壓力的工況下均大于200 Hz。

    上海氫晨H280C型電堆模塊可靠性-振動變形

    上海氫晨H280C型電堆模塊可靠性-各階共振頻率

    此外,H280C電堆模塊防水防塵性能達到IP67等級,具有良好的絕緣性和EMC特性。電堆經過嚴格的快速變載測試,可在加載速率60 A/s(超過15 kW/s)情況下穩定運行,整堆額定工況節電壓波動標準差小于10 mV。更為重要的是,該型電堆的金屬極板涂層、催化劑和密封材料均通過車用高壓、高腐蝕環境壽命老化實驗,結合啟停、變載等控制策略優化,保證電堆達到車用耐久性要求。

     

    良好環境適應性

    電堆實際運行條件往往受到運行環境的影響,因此電堆的環境適應性尤為重要。下圖為H280C型電堆在高低溫狀態下的變形情況,仿真結果表明在不同外部環境下均能達到使用要求。因此,在氣量、溫濕度偏離標準條件的情況下,H280C電堆仍能保持正常運行。

    溫度對變形的仿真計算結果-低溫變行

    溫度對變形的仿真計算結果-高溫變形

    下圖給出了H280C型電堆的性能敏感性實驗結果。在操作條件波動的情況下,電池性能波動小于10 mV。電堆模塊先后經歷材料級、零部件級、電堆級的環境適應性優化,達到-20℃冷啟動(無輔熱)和-40℃低溫存儲,具有良好的溫濕度適應性。

    上海氫晨H280C型電堆模塊不同工況敏感性:(1)標準工況;(2)計量比增加;(3)計量比減少;(4)低增濕;(5)高增濕;(6)溫度變化

     

    良好環境適應性

    上海氫晨H280C型電堆采用多功能一體化端板設計,兼顧歧管分配、輕量化和絕緣效果。如下圖所示,電堆模塊總體流量極限偏差陰極<5%,冷卻<10%;綜合考慮輕量化、剛度和成型性的一體化設計結果如下圖,電堆模塊裝配完成后變形量小于0.05 mm。仿真和實驗表明,通過一體化設計有效減小電堆模塊的體積和重量。此外,外殼主體綜合考慮強度和裝配便捷性,同時配備CAN通訊的CVM模塊,便于零部件選型和系統高度集成,系統zui高xiao率可達58%。

    H280C型電堆一體化端板技術-整堆冷卻流量分配

    H280C型電堆一體化端板技術-端板變形分析

    批量制造與質量控制

    基于高速沖壓超薄金屬雙極板、膜電極R2R批量化解決方案,配合自主開發的電堆自動化裝配平臺,集成大量在線/離線檢測系統,保證產品的高質量快速批量制造。如下圖所示,上海氫晨建立了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律,揭示邊緣效應產生機理,形成層疊式裝配容差分配方法。目前,上海氫晨可以將整堆側邊裝配誤差控制在0.2mm以內,厚度方向誤差控制在0.5mm以內,如下圖(右)所示。通過電堆自動化裝配平臺將裝配時間縮短到20-40分鐘,終目標是開發全自動的智能制造生產線,生產節拍3分鐘/臺電堆。

    電堆裝配質量控制技術(左:電堆層疊式裝配模型;中:裝配容差分配;右:自動化裝配的裸堆)

    分享到:
    上海政飛電子科技有限公司
    Copyright ?2017 - 2018 上海政飛電子科技有限公司 備案號: 滬ICP備15034321號-2

    聯系我們

    contact us

    張經理

    咨詢電話

    17721345090

    掃一掃,關注我們

    返回頂部




    国产美女裸体视频全免费
    掃一掃訪問手機站掃一掃訪問手機站
    訪問手機站