風氫揚：燃料電池系統進階“方法論”

隨著氫能重卡等應用場景的興起，燃料電池系統開始向200kW以上跨越，大功率燃料電池系統開發的背后需要突破哪些挑戰？從設計、開發到場景應用又該注意哪些問題？

在2022高工氫電年會的系統與零部件專場，風氫揚科技技術副總工李欣欣在主題演講“燃料電池系統進階方法論”中，介紹了公司的產品開發思路和應用邏輯，風氫揚科技也憑借3年3款產品的迭代升級，多元化應用的拓展快速躋身國內燃料電池系統第一梯隊。

大功率240kW產品上市  系統形成功率全覆蓋

“風氫揚燃料電池系統的特點用一句話總結就是‘更輕、更小、更高’ 。”李欣欣表示，風氫揚的系統與市場上的同功率產品相比，重量輕19%，體積小16%，功率密度突破700W/kg。

這主要得益于風氫揚科技的三大創新：風氫揚全球首創的異源同構的開發策略，可以快速兼容主流電堆品牌；全球首創超級矩陣開發平臺，系統開發周期下降80%；全球首創DDU數字配電單元，使系統更加智能。

作為一家專業的燃料電池系統提供商，風氫揚在源頭上塑造自己的核心競爭力。為此，公司打造了極具價值的深度差異化技術和靈活的制造平臺，率先推出領先于行業的全功率段產品線，以強勁動力、長壽命、長續航、低能耗、全維度適配不同應用場景需求。

現階段，風氫揚的燃料電池系統產品涵蓋3kW到2MW，應用場景囊括小功率、中功率和大功率使用頻段，可以在小型發電裝置、智能搬運、叉車等小功率場景；城市巴士、物流貨運、市政環衛、港口機械等中功率場景；以及重卡、工程機械、建筑熱電聯供、分布式發電等大功率場景使用。

隨著燃料電池汽車市場的發展和應用場景的擴張，燃料電池產品也隨之不斷進化。風氫揚科技首創“通用化”平臺開發理念，3年時間已經經歷了3代產品的迭代升級。

其中，第一代CHIGMA氫格瑪系列產品，適配1款電堆，功率密度達到715W/kg，產品覆蓋65kW、80kW、120kW；第二代產品是SINGULA元極系列，適配15個品牌電堆，可以在兩個月完成系統樣機開發，比同行研發時間降低80%，產品覆蓋110kW和120kW。

第三代元極+仍在不斷的突破過程中，第三代產品能將生產效率從從之前的單臺裝配時間12小時，提高到2個小時；并且可靠性、穩定性大幅提升，成本降低40%。該系列產品覆蓋80kW、120kW、200kW、300kW。目前第三代元極+技術的典型代表是240kW的燃料電池產品，更高功率的300kW系統將在2023年發布。

“公司240kW系統是采用雙堆單系統，使用成熟的150kW大功率單堆產品，產品穩定可靠，具有集成度、高效率、高可靠、高安全、長壽命、易維護等優勢。”李欣欣表示第三代有了多處提升：燃料電池功率從120kW提高到240kW，功率增加1倍，系統體積僅增加20%，系統質量降低7kg，質量功率密度提高71%。

風氫揚的系統開發邏輯

風氫揚成立于2019年3月，是一家專注于氫燃料電池系統及關鍵零部件研發、生產、銷售的高新技術企業，公司總部位于上海嘉定汽車新能港。風氫揚目前已形成CHIGMA氫格瑪、SINGULAR元極、CHIGMAMINI及固定式發電站四大產品系列。

能在3年時間里，快速迭代3代產品，風氫揚系統開發的秘訣又是什么？

“我們燃料電池系統開發，可以總結為‘12347’這樣的一個開發的方法。”李欣欣表示，風氫揚科技開創一個平臺，建立兩個架構，形成產品三大關鍵模塊，植入系統四大基因，自主掌握七大關鍵零部件，從而形成跨越式發展的核心競爭優勢。

一個平臺是指異源同構開發平臺。基于“異源同構” 理念，依托車規級開發流程，通過133項基礎技術攻關，53類820項零部件及系統工程樣件驗證，打通原理設計、結構開發、控制優化、試驗驗證等底層開發邏輯，建立系統通用基礎技術平臺；實現燃料電池系統既快又好的開發，整體開發效率提高80%。

兩個架構，第一個是智能化電氣架構及軟件，首創面向未來的智能化電氣及軟硬件架構，支撐燃料電池系統深度智能升級，實現軟件定義產品的跨越；第二個架構是物理供能架構，建立了四級物理供能架構，打通燃料電池系統開發邏輯，實現系統功能高度融合及最優化設計，這樣公司的零部件從供給層到集成到應用層實現技術和產品的雙通道。

三大模塊包括電堆集成模塊、氫氣供給模塊、空氣供給模塊。

其中，電堆的集成模塊，實際上是給電堆創造了一個非常舒適的工作環境，采用兩腔的結構設計，實現電堆和CVM干濕分離，滿足氫空、水、電介質傳輸與監控。

氫氣供給模塊，實現了行業首創同軸雙引射，實現了高集成度，零寄生功率，和全功率范圍覆蓋。

空氣供給模塊，公司采用多節點流量比例控制網絡結構，具備干氣吹掃，濕度調節，能量回收，尾排稀釋，組分濃度調節等五大供能，對空氣流量、濕度控制靈活度高，適應性強。

四大基因，公司通過133個技術基礎專項研發，攻克水熱管理、能量管理、低溫啟動、絕緣安全等技術難題，建立長壽命、高能效、高可靠、高安全四大產品基因。

七大關鍵零部件都實現自主開發，從CVM、FCU、DDU、CCU、T-BOX、節氣門到空氣流量計，風氫揚全部掌握自主設計開發能力。

應用場景全面突破

除了強大的產品開發能力，風氫揚在應用方面也是屢創佳績。公司的產品已實現在氫能客車、公交、重卡、叉車、港口輪胎吊等場景的應用落地。

在城市客車方面，搭載風氫揚科技120kW系統的49噸牽引車，目前已批量投入張家港市運營，用于港口貨運短駁；目前無故障運行累計時長超過10萬公里，百公里氫耗平均10kg，處于行業領先水平。

在氫能重卡方面，搭載風氫揚科技110kW系統的49噸牽引車，已于今年5月首次批量投入運營，用于港口貨運短駁。前不久，風氫揚配套的批量49噸重卡正式完成了系統安裝和調試，并由終端運營客戶順利上線運營，公司實現對北方區域重卡應用場景的覆蓋。

在工程應用領域，搭載風氫揚科技65kW燃料電池系統，40噸港口輪胎吊應用于上海港，為行業首臺燃料電池輪胎吊設備，填補了行業空白；該套系統以氫電模式進行連續作業，平均氫耗2.78kg/h （約0.11kg/箱），采用換氫模式，單套氫系統可連續作業8.5小時。

為應對更大功率的燃料電池場景應用，風氫揚還根據256t礦卡500kW額定輸出的需求，采用5個SINGULAR110系統并聯輸出，實現系統最高效率＞60%，目前該項目正處于方案對接中。

在小功率的叉車和熱電聯供等應用場景，搭載風氫揚開發的12kW燃料電池系統叉車，累計驗證時間突破1000h，整車性能表現穩定可靠；現場實測加氫一次可連續工作6小時，加氫時間3分鐘；風氫揚開發的6kW熱電聯供設備，用于中山市某廠區內，為廠區提供局網電力及生活用水，該設備可實現自動啟動和手動啟動兩種模式，余熱利用的換熱效率在90%以上。

為了加快推動氫燃料電池的商用，風氫揚也不斷加強外部的合作。12月2日，風氫揚科技與濮陽市政府簽署合作協議，風氫揚將在濮陽投建研發生產基地，建設年產20000臺套燃料電池發動機產線，以及年產200臺套固定式發電站產線等項目。

未來風氫揚科技將依托國內的氫能產業、資源及政策優勢，聯合風氫揚戰略合作伙伴，構建完整的氫能利用生態，持續推進燃料電池公交、重卡、叉車及固定式發電站的批量化應用落地。