随着氢能重卡等应用场景的兴起，燃料电池系统开始向200kW以上跨越，大功率燃料电池系统开发的背后需要突破哪些挑战？从设计、开发到场景应用又该注意哪些问题？
在2022高工氢电年会的系统与零部件专场，风氢扬科技技术副总工李欣欣在主题演讲“燃料电池系统进阶方法论”中，介绍了公司的产品开发思路和应用逻辑，风氢扬科技也凭借3年3款产品的迭代升级，多元化应用的拓展快速跻身国内燃料电池系统第一梯队。
大功率240kW产品上市 系统形成功率全覆盖
“风氢扬燃料电池系统的特点用一句话总结就是‘更轻、更小、更高’ 。”李欣欣表示，风氢扬的系统与市场上的同功率产品相比，重量轻19%，体积小16%，功率密度突破700W/kg。
这主要得益于风氢扬科技的三大创新：风氢扬全球首创的异源同构的开发策略，可以快速兼容主流电堆品牌；全球首创超级矩阵开发平台，系统开发周期下降80%；全球首创DDU数字配电单元，使系统更加智能。
作为一家专业的燃料电池系统提供商，风氢扬在源头上塑造自己的核心竞争力。为此，公司打造了极具价值的深度差异化技术和灵活的制造平台，率先推出领先于行业的全功率段产品线，以强劲动力、长寿命、长续航、低能耗、全维度适配不同应用场景需求。
现阶段，风氢扬的燃料电池系统产品涵盖3kW到2MW，应用场景囊括小功率、中功率和大功率使用频段，可以在小型发电装置、智能搬运、叉车等小功率场景；城市巴士、物流货运、市政环卫、港口机械等中功率场景；以及重卡、工程机械、建筑热电联供、分布式发电等大功率场景使用。
随着燃料电池汽车市场的发展和应用场景的扩张，燃料电池产品也随之不断进化。风氢扬科技首创“通用化”平台开发理念，3年时间已经经历了3代产品的迭代升级。
其中，第一代CHIGMA氢格玛系列产品，适配1款电堆，功率密度达到715W/kg，产品覆盖65kW、80kW、120kW；第二代产品是SINGULA元极系列，适配15个品牌电堆，可以在两个月完成系统样机开发，比同行研发时间降低80%，产品覆盖110kW和120kW。
第三代元极+仍在不断的突破过程中，第三代产品能将生产效率从从之前的单台装配时间12小时，提高到2个小时；并且可靠性、稳定性大幅提升，成本降低40%。该系列产品覆盖80kW、120kW、200kW、300kW。目前第三代元极+技术的典型代表是240kW的燃料电池产品，更高功率的300kW系统将在2023年发布。
“公司240kW系统是采用双堆单系统，使用成熟的150kW大功率单堆产品，产品稳定可靠，具有集成度、高效率、高可靠、高安全、长寿命、易维护等优势。”李欣欣表示第三代有了多处提升：燃料电池功率从120kW提高到240kW，功率增加1倍，系统体积仅增加20%，系统质量降低7kg，质量功率密度提高71%。
风氢扬的系统开发逻辑
风氢扬成立于2019年3月，是一家专注于氢燃料电池系统及关键零部件研发、生产、销售的高新技术企业，公司总部位于上海嘉定汽车新能港。风氢扬目前已形成CHIGMA氢格玛、SINGULAR元极、CHIGMAMINI及固定式发电站四大产品系列。
能在3年时间里，快速迭代3代产品，风氢扬系统开发的秘诀又是什么？
“我们燃料电池系统开发，可以总结为‘12347’这样的一个开发的方法。”李欣欣表示，风氢扬科技开创一个平台，建立两个架构，形成产品三大关键模块，植入系统四大基因，自主掌握七大关键零部件，从而形成跨越式发展的核心竞争优势。
一个平台是指异源同构开发平台。基于“异源同构” 理念，依托车规级开发流程，通过133项基础技术攻关，53类820项零部件及系统工程样件验证，打通原理设计、结构开发、控制优化、试验验证等底层开发逻辑，建立系统通用基础技术平台；实现燃料电池系统既快又好的开发，整体开发效率提高80%。
两个架构，第一个是智能化电气架构及软件，首创面向未来的智能化电气及软硬件架构，支撑燃料电池系统深度智能升级，实现软件定义产品的跨越；第二个架构是物理供能架构，建立了四级物理供能架构，打通燃料电池系统开发逻辑，实现系统功能高度融合及最优化设计，这样公司的零部件从供给层到集成到应用层实现技术和产品的双通道。
三大模块包括电堆集成模块、氢气供给模块、空气供给模块。
其中，电堆的集成模块，实际上是给电堆创造了一个非常舒适的工作环境，采用两腔的结构设计，实现电堆和CVM干湿分离，满足氢空、水、电介质传输与监控。
氢气供给模块，实现了行业首创同轴双引射，实现了高集成度，零寄生功率，和全功率范围覆盖。
空气供给模块，公司采用多节点流量比例控制网络结构，具备干气吹扫，湿度调节，能量回收，尾排稀释，组分浓度调节等五大供能，对空气流量、湿度控制灵活度高，适应性强。
四大基因，公司通过133个技术基础专项研发，攻克水热管理、能量管理、低温启动、绝缘安全等技术难题，建立长寿命、高能效、高可靠、高安全四大产品基因。
七大关键零部件都实现自主开发，从CVM、FCU、DDU、CCU、T-BOX、节气门到空气流量计，风氢扬全部掌握自主设计开发能力。
应用场景全面突破
除了强大的产品开发能力，风氢扬在应用方面也是屡创佳绩。公司的产品已实现在氢能客车、公交、重卡、叉车、港口轮胎吊等场景的应用落地。
在城市客车方面，搭载风氢扬科技120kW系统的49吨牵引车，目前已批量投入张家港市运营，用于港口货运短驳；目前无故障运行累计时长超过10万公里，百公里氢耗平均10kg，处于行业领先水平。
在氢能重卡方面，搭载风氢扬科技110kW系统的49吨牵引车，已于今年5月首次批量投入运营，用于港口货运短驳。前不久，风氢扬配套的批量49吨重卡正式完成了系统安装和调试，并由终端运营客户顺利上线运营，公司实现对北方区域重卡应用场景的覆盖。
在工程应用领域，搭载风氢扬科技65kW燃料电池系统，40吨港口轮胎吊应用于上海港，为行业首台燃料电池轮胎吊设备，填补了行业空白；该套系统以氢电模式进行连续作业，平均氢耗2.78kg/h （约0.11kg/箱），采用换氢模式，单套氢系统可连续作业8.5小时。
为应对更大功率的燃料电池场景应用，风氢扬还根据256t矿卡500kW额定输出的需求，采用5个SINGULAR110系统并联输出，实现系统最高效率＞60%，目前该项目正处于方案对接中。
在小功率的叉车和热电联供等应用场景，搭载风氢扬开发的12kW燃料电池系统叉车，累计验证时间突破1000h，整车性能表现稳定可靠；现场实测加氢一次可连续工作6小时，加氢时间3分钟；风氢扬开发的6kW热电联供设备，用于中山市某厂区内，为厂区提供局网电力及生活用水，该设备可实现自动启动和手动启动两种模式，余热利用的换热效率在90%以上。
为了加快推动氢燃料电池的商用，风氢扬也不断加强外部的合作。12月2日，风氢扬科技与濮阳市政府签署合作协议，风氢扬将在濮阳投建研发生产基地，建设年产20000台套燃料电池发动机产线，以及年产200台套固定式发电站产线等项目。
未来风氢扬科技将依托国内的氢能产业、资源及政策优势，联合风氢扬战略合作伙伴，构建完整的氢能利用生态，持续推进燃料电池公交、重卡、叉车及固定式发电站的批量化应用落地。
