新源動(dòng)力邢丹敏：燃料電池上游太薄弱 市場發(fā)展快于計(jì)劃
圖為大連新源動(dòng)力股份有限公司副總工程師，技術(shù)研究部部長、博士邢丹敏作主題演講
邢丹敏：大家上午好！下面由我代表新源動(dòng)力公司為大家介紹一下車用燃料電池技術(shù)與產(chǎn)業(yè)化進(jìn)展。
最近一個(gè)時(shí)期，尤其在2017年下半年，大家也都充分體會(huì)到了燃料電池這個(gè)行業(yè)突然熱鬧起來，尤其在昨天全國標(biāo)委會(huì)的會(huì)議上，吳院士也說，大家認(rèn)為2017年是中國燃料電池的元年，這個(gè)說法我覺得蠻貼切。首先與大家探討一下車用燃料電池產(chǎn)業(yè)化的問題。因?yàn)樾略磩?dòng)力公司從成立之日起就致力于燃料電池產(chǎn)業(yè)化，所以在十幾年里我們一直探索這條產(chǎn)業(yè)化的路，不斷在考慮，所以這里想跟大家探討一下，把我們的想法跟大家分享一下，另外介紹一下新源動(dòng)力公司發(fā)展的情況。
這張圖是我們?cè)诎俣壬险业降囊粋€(gè)關(guān)于產(chǎn)業(yè)化的定義和不同發(fā)展階段的一些特征，產(chǎn)業(yè)化發(fā)展分為導(dǎo)入期、發(fā)展期、動(dòng)蕩期這幾個(gè)階段，每個(gè)時(shí)期里頭都有不同的階段，像導(dǎo)入期就有研發(fā)和產(chǎn)品、商品化三個(gè)階段；發(fā)展期就有小批量和大規(guī)模生產(chǎn)階段。在每個(gè)階段里特征不一樣，比如在導(dǎo)入期，像產(chǎn)品的性能、研發(fā)方面，逐漸趨于成熟，工藝、產(chǎn)業(yè)鏈，在不同時(shí)期發(fā)展過程中趨于成熟和完善。目前，燃料電池產(chǎn)業(yè)，我們認(rèn)為還是處于導(dǎo)入發(fā)展期的中間過渡時(shí)期，像在導(dǎo)入期我們明顯體會(huì)，主要的特點(diǎn)靠政府和研究機(jī)構(gòu)的投入和少數(shù)企業(yè)的參與，整體是不盈利的，現(xiàn)在燃料電池已經(jīng)過渡到小批量生產(chǎn)，明顯特點(diǎn)就是企業(yè)不斷增多，總體還是往盈利方面轉(zhuǎn)，所以現(xiàn)在我們認(rèn)為，燃料電池行業(yè)已經(jīng)進(jìn)入發(fā)展期的早期階段。
這個(gè)圖是日本燃料電池行業(yè)2010年的規(guī)劃，從他這個(gè)圖上能看出，2017年的階段，也是處于商業(yè)化早期階段。
這個(gè)是氫燃料汽車在不同階段的一些情況的總結(jié)。燃料電池2005年早期還是處于燃料電池汽車的一個(gè)驗(yàn)證階段，出現(xiàn)了一些樣車。2005—2010年這個(gè)時(shí)期，不同的車企業(yè)開發(fā)出了不同的產(chǎn)品，各種各樣的樣車不斷的在增加。到2015年，已經(jīng)商業(yè)化起步，像豐田這種企業(yè)推出了商品化的產(chǎn)品。到2000年之前是商業(yè)化的爬坡期，不同的車企快速推出他們的產(chǎn)品。
這個(gè)就是要考慮到在產(chǎn)業(yè)化過程中，每個(gè)階段要考慮的因素。產(chǎn)品要考慮它的性能、要考慮他的功率密度、壽命、成本等這些關(guān)鍵的因素。另外在生產(chǎn)制造方面就要考慮他的產(chǎn)能、制造工藝以及裝備的研發(fā)，產(chǎn)業(yè)鏈的完善，產(chǎn)業(yè)鏈不完善，產(chǎn)業(yè)化無從談起。要以市場為導(dǎo)向，要用標(biāo)準(zhǔn)來引領(lǐng)行業(yè)，各個(gè)要素要完善。
右面這個(gè)圖汽車和與加氫站配套設(shè)施方面的規(guī)劃，各個(gè)國家都推出了相應(yīng)計(jì)劃。
對(duì)于我國燃料電池汽車產(chǎn)業(yè)鏈的現(xiàn)狀，這個(gè)圖是前幾年一直在用的圖，這個(gè)圖不斷在變化，有一個(gè)特點(diǎn)——這幾年右邊這個(gè)圖的企業(yè)不斷增加，前幾年只有幾家企業(yè)。從燃料電池產(chǎn)業(yè)鏈來看，從左到右，包括電堆內(nèi)部的關(guān)鍵材料、關(guān)鍵部件，到電堆，電堆燃料電池系統(tǒng)、動(dòng)力系統(tǒng)，一直到整車。從左邊看，燃料電池關(guān)鍵材料這塊，目前國內(nèi)參與單位主要像大連化物所、武漢新能源、東岳等這些企業(yè)和科研單位，主要做一些關(guān)鍵材料。右邊這部分，像眾宇、國宏等。整車向動(dòng)力系統(tǒng)方向走，上汽集團(tuán)他們主要燃料電池系統(tǒng)，他們起步比較早，做的也比較多。像同濟(jì)大學(xué)、清華大學(xué)這些企業(yè)重點(diǎn)集中在燃料電池動(dòng)力系統(tǒng)和整車平臺(tái)這方面。整車企業(yè)，前幾年這個(gè)表還沒有這么多，目前我覺得幾乎所有的像一汽、東風(fēng)、宇通、長安這些企業(yè)，后面省略號(hào)，沒有都列，都進(jìn)入了燃料電池汽車開發(fā)中了。
但是整體來看，也存在很大問題。性能這個(gè)圖，燃料電池技術(shù)的差距還是有的，不管是功率密度還是壽命的驗(yàn)證，都存在差距。另外還有最最弱的一點(diǎn)，在產(chǎn)業(yè)鏈的上游，關(guān)鍵材料方面，催化劑、膜等，我們產(chǎn)品用的還是進(jìn)口，為什么？國內(nèi)這些零部件廠商，現(xiàn)在還處于產(chǎn)業(yè)起步期，產(chǎn)品還沒有真正定型批量供應(yīng)，所以還不能真正用到產(chǎn)品上。好在現(xiàn)在有像東岳集團(tuán)這樣的企業(yè)，他們?cè)谫|(zhì)子交換膜，還有云南昆明的企業(yè)，他們?cè)诖呋瘎┠ど弦呀?jīng)開始起步了，已經(jīng)開始關(guān)注這個(gè)事情，已經(jīng)投入了很大的精力在做這件事，這是好趨勢(shì)。
總的來說，國內(nèi)燃料電池這個(gè)產(chǎn)業(yè)上來說，從產(chǎn)業(yè)鏈上，尤其上游還是非常薄弱的，這個(gè)問題還是蠻嚴(yán)重的，燃料電池技術(shù)差距還是很大的，這是我們奮斗的一個(gè)事情，關(guān)鍵材料產(chǎn)業(yè)還是在成長階段。
下面我介紹一下我們公司的情況。新源動(dòng)力公司成立于2001年，當(dāng)時(shí)股東主要是大連化物所，聯(lián)合了幾家，像長城電工這幾家企業(yè)成立了一個(gè)公司。上汽集團(tuán)是2007年入股，他們今年是最大股東，主要做燃料電池技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化。
我們的業(yè)務(wù)形式有兩種：一個(gè)是提供產(chǎn)品，一個(gè)是提供工程服務(wù)。產(chǎn)品包括這些系統(tǒng)，以前做過一些UPS電源核電站方面，現(xiàn)在很少做，以前以項(xiàng)目形式做，現(xiàn)在市場需求比較少，現(xiàn)在主要是燃料電池、電堆、關(guān)鍵零部件。
我們的技術(shù)發(fā)展歷程：我們單位一直承擔(dān)著國家燃料電池方面863計(jì)劃的研究工作，從成立十一五、十二五到十三五一直承擔(dān)著課題，十一五、十二五期間參加了所有的電堆產(chǎn)品，那時(shí)我們提供系統(tǒng)，奧運(yùn)會(huì)、世博會(huì)以及國內(nèi)外各種燃料電池汽車和新能源汽車的示范，都有我們的產(chǎn)品。
從2009年，上汽集團(tuán)啟動(dòng)了新能源汽車規(guī)劃的項(xiàng)目，我們就真正跟上氣集團(tuán)結(jié)合去做車用燃料電池電堆的開發(fā)。在前期863項(xiàng)目，沒有針對(duì)具體的車型去開發(fā)，我們參加上汽的新能源汽車開發(fā)規(guī)劃以后，才真正針對(duì)車企的要求去做車用燃料電池電堆的開發(fā)。2009年以后，我們跟著上汽集團(tuán)的規(guī)劃，我們做幾輪工作，目前已形成兩個(gè)產(chǎn)品，分別服務(wù)于他們的榮威750和榮威950等。
這是我們的燃料電池系統(tǒng)的改進(jìn)。十一五、十二五、十三五期間，我們?cè)谌剂想姵叵到y(tǒng)方面開發(fā)了整個(gè)三代系統(tǒng)，這個(gè)系統(tǒng)的輸出動(dòng)力主要還是根據(jù)用戶要求，來做不同的調(diào)整。開發(fā)過程中主要解決，從低壓到中壓，另外的改變就是，在燃料管理上，因?yàn)楹笃诎涯ぷ儽×耍诳諝獾臐穸纫蕾囆陨辖档土耍瑥母邼穸纫蕾囎兂傻牡蜐穸纫蕾嚕@是一個(gè)技術(shù)路線。
這個(gè)是我們的電堆產(chǎn)品的一個(gè)發(fā)展過程。前兩代是以復(fù)合雙極板，后面第三代、第四代就是全金屬雙極板，復(fù)合雙極板，尤其第一代，第一代雙極板是低壓，第二代就走向了中壓，整個(gè)過程中降低成本，從雙極板、復(fù)合板到金屬板，空氣濕度依賴也逐漸降低，電堆的功率密度也不斷提升。復(fù)合板的產(chǎn)品現(xiàn)在功率密度是1.5千瓦/升，金屬板的電堆目前是2.5千瓦/升，將來的目標(biāo)是3.0千瓦/升。
這是我們的產(chǎn)品框架和生產(chǎn)線的情況。左邊這個(gè)生產(chǎn)線就是我們自行開發(fā)的膜電極的生產(chǎn)線，從復(fù)合膜開始做膜，做成CCM電極，在這條生產(chǎn)線都可以完成。這個(gè)是2010年開始開發(fā)的，目前已經(jīng)升級(jí)幾次，我們電極的生產(chǎn)在這條生產(chǎn)線上。后面我們還有相對(duì)匹配的測試平臺(tái)，從幾千瓦到百千瓦級(jí)的關(guān)鍵材料、電堆和系統(tǒng)的測試，我們都在自己的實(shí)驗(yàn)室做。
下面這個(gè)圖是我們構(gòu)成的產(chǎn)品。這個(gè)產(chǎn)品有三種形式，一個(gè)系統(tǒng)就是電堆加上水熱管理，燃料和空氣的一個(gè)控制系統(tǒng)，客戶也不需要我們提供整個(gè)系統(tǒng)。另外一個(gè)產(chǎn)品是電堆加水熱管理系統(tǒng)，但是不含有燃料和空氣動(dòng)力系統(tǒng)，這是針對(duì)客戶我們開發(fā)的產(chǎn)品。
另外一個(gè)是從燃料電池電堆，因?yàn)楝F(xiàn)在很多技術(shù)企業(yè)有能力自己開發(fā)他的系統(tǒng)，和他的動(dòng)力平臺(tái)去配合，認(rèn)為那種可能會(huì)做的更有優(yōu)勢(shì)一些，所以希望我們單獨(dú)提供電堆，這個(gè)也是我們電堆的產(chǎn)品，其實(shí)我們電堆產(chǎn)品是最大的一個(gè)產(chǎn)品形式。
這兩款產(chǎn)品，一個(gè)是剛才說的第二代、第三代的產(chǎn)品，這兩個(gè)電堆分別用在榮威750和950的轎車上。這張圖在漠河低溫下做的考核，還有到高原西藏，這個(gè)考核結(jié)果示范，一個(gè)車隊(duì)有其他形式的純電動(dòng)汽車，也有我們的燃料電池汽車，做下來以后我們信心大增，結(jié)果蠻不錯(cuò)。
下面我講一下在電堆壽命提升方面的突破。這個(gè)是我們雙極板的模塊，下面這個(gè)是第一代、第二代復(fù)合雙極板。復(fù)合雙極板是一個(gè)多層結(jié)構(gòu)，它集成了金屬材料高的組合性能、導(dǎo)電性能還有碳材料的導(dǎo)電性能，以及成型的靈活性，還有一些有機(jī)材料的加工成本，所以開發(fā)了復(fù)合雙極板。因?yàn)檫@個(gè)復(fù)合雙極板結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜、材料也比較復(fù)雜，所以加工性很差，他找化物所提出這個(gè)，以前是小批量，我們?yōu)榱私档统杀荆@幾年一直在給他做改進(jìn)，而且大部分工作在做工藝開發(fā)。在這個(gè)過程中我們結(jié)合雙極板，同時(shí)我們?cè)陔姸训膲勖矫孀隽撕艽蟮呐Α１热缭?千小時(shí)之內(nèi)，電堆工況比如像電極更強(qiáng)、催化劑的流失，我們分析失效模式。由于啟停和干態(tài)操作，使得電池內(nèi)控受到損害。我們就采取了這些針對(duì)措施，優(yōu)化濕度控制，把耐久性提升到1600小時(shí)。
再往下我們發(fā)現(xiàn)，1000~2000小時(shí)的時(shí)候，這個(gè)失效機(jī)理，我們又采取措施了，耐久性提升到了3000小時(shí)。這樣一步步的，又提升到5000小時(shí)。目前我們電堆在上汽的功率平臺(tái)上真正驗(yàn)證到了5000小時(shí)，這是階段性的，我們又通過關(guān)鍵材料的應(yīng)用，現(xiàn)在壽命已經(jīng)實(shí)測到了1萬小時(shí)。將來我看國家目前的項(xiàng)目指標(biāo)都要求在有些車型上比如客車達(dá)到更多小時(shí)，這是我們長期努力的方向。
燃料電池發(fā)電系統(tǒng)我們也開發(fā)了不同的產(chǎn)品，有30千瓦、60千瓦兩種，這是針對(duì)整車開發(fā)的需求。
這款產(chǎn)品就是我剛才說的燃料電池模塊，含有電堆和水熱管理系統(tǒng)的模塊。高度集成，上半部分是電堆，下半部分含了增濕器、水泵等，高度集成在里面，中間通過連接板聯(lián)結(jié)在一起。
下面我介紹一下我們的產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展情況。這個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈我們借助國家的力量，國家863重大專項(xiàng)方面，這個(gè)平臺(tái)上我們匯集國內(nèi)的優(yōu)勢(shì)科研單位和企業(yè)，來做這些產(chǎn)業(yè)化發(fā)展方面的嘗試。
這是十一五期間我承擔(dān)的一個(gè)節(jié)能與新能源汽車重大專項(xiàng)，這個(gè)項(xiàng)目是國產(chǎn)質(zhì)子交換膜燃料電池電堆及關(guān)鍵材料的研制開發(fā)。當(dāng)時(shí)的參加單位有東南大學(xué)、東岳集團(tuán)、新源動(dòng)力、大化所、大連交大，最后集成在新源動(dòng)力。這個(gè)項(xiàng)目當(dāng)時(shí)因?yàn)槲覀兺瑫r(shí)也對(duì)國外所有的這些相應(yīng)的關(guān)鍵材料做了對(duì)比研究，最后我們裝出了一個(gè)60千瓦的電堆模塊，進(jìn)行了測試，壽命我記得當(dāng)時(shí)沒有實(shí)測，是加速考核，也接近5千小時(shí)。同時(shí)開發(fā)了復(fù)合膜生產(chǎn)線，復(fù)合膜我們自己做出來了，東岳配合下，而且裝上了電堆。這個(gè)門檻我們跨過來了，現(xiàn)在我們就不做復(fù)合膜了，現(xiàn)在主要是東岳在攻關(guān)復(fù)合膜，我們就不做復(fù)合膜了，因?yàn)樾略磩?dòng)力不想把這個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈一下子跨到底，也沒有這個(gè)能力，我們希望相應(yīng)的專業(yè)公司、專業(yè)單位去做專業(yè)的事，我們就開始做堆。
十一五完成這個(gè)項(xiàng)目以后，從2016年我們公司就承擔(dān)了國家十三五的重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃，關(guān)鍵共性技術(shù)的項(xiàng)目，針對(duì)車用燃料電池電堆的開發(fā)。我也是項(xiàng)目負(fù)責(zé)人，這個(gè)項(xiàng)目有兩大任務(wù)，一個(gè)是提高燃料電池的功率密度、壽命這些性能，另外一個(gè)是實(shí)現(xiàn)燃料電池電堆及關(guān)鍵零部件的批量制造，整個(gè)對(duì)標(biāo)是那個(gè)電堆，100千瓦，3.1功率密度，壽命是5千小時(shí)。同時(shí)要建成關(guān)鍵零部件電堆的生產(chǎn)線，目標(biāo)產(chǎn)能1千臺(tái)，包括生產(chǎn)線有催化劑、膜、CCM，膜電極、電堆、雙極板，都要形成批量生產(chǎn)能力。
所以這個(gè)項(xiàng)目里，國內(nèi)也是集合有優(yōu)勢(shì)的企業(yè)和科研院所、單位來攻關(guān)，像新源動(dòng)力膜做的是很好的，催化劑有研究機(jī)構(gòu)，有科研組，產(chǎn)業(yè)化企業(yè)，都參與進(jìn)來。在膜電極這塊，武漢理工、上海交大、新源動(dòng)力也是在參與這方面的工作。金屬雙極板主要是以我們?yōu)橹鳎写筮B理工大學(xué)，還有其他一些單位。
這是整個(gè)項(xiàng)目的情況，目前大功率電堆開發(fā)還在加速進(jìn)行，因?yàn)楝F(xiàn)在緊迫感也很強(qiáng)的，我這個(gè)項(xiàng)目是2016年啟動(dòng)的，2017年尤其是2018年，尤其最近燃料電池?zé)崃艘院螅瑢?shí)際對(duì)電堆的要求越來越高，大功率的需求，我現(xiàn)在看2019年就要100千瓦的電堆，所以我覺得壓力是很大的。所以計(jì)劃還沒有市場發(fā)展的快，以前總是國家政策引領(lǐng)，我現(xiàn)在有預(yù)感，將來肯定是市場就要引領(lǐng)了，真正轉(zhuǎn)向產(chǎn)業(yè)化的發(fā)展，產(chǎn)業(yè)化發(fā)展一定要以市場為導(dǎo)向的。
總結(jié)下來，燃料電池汽車產(chǎn)業(yè)確實(shí)已經(jīng)進(jìn)入了市場導(dǎo)入期，我國燃料電池產(chǎn)業(yè)發(fā)展確不均衡，尤其上游非常薄弱，希望相關(guān)企業(yè)參與進(jìn)來，為我們?nèi)剂想姵禺a(chǎn)業(yè)壯大共同努力，推動(dòng)燃料電池產(chǎn)業(yè)均衡發(fā)展。
謝謝大家！
（根據(jù)發(fā)言整理，未經(jīng)本人審閱）
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