琦睿电池科技讲解：大功率燃料电池BOP匹配之痛，为之提供解决方案。

廊坊琦睿电池科技有限公司坐落于京南门户廊坊临空经济区，北靠大兴氢能示范区，坐拥新机场，东临天津，西邻雄安新区。公司是以“清洁能源，品质生活” 为宗旨，专注于储能及氢能源产品研发、生产、销售为一体的技术企业。公司秉承“开拓 诚信 专注 共赢 ”的经营理念，与行业内企业保持密切沟通，不断创新，以满足新能源行业市场的需求。团队拥有各类研发技术人员，其中教授及顾问3名，高级技术人员5名。

琦睿电池科技专注于储能及氢燃料电池发动机、仿真系统及相关关键零部件自主研发及产业化的技术企业。目前氢能事业部核心产品有燃料电池仿真系统、燃料电池增湿器、燃料电池离子过滤器、燃料电池水气分离器、燃料电池引射器、燃料电池空压机、燃料电池氢气循环泵等。

燃料电池电堆是燃料电池发动机的核心，BOP则是维持电堆持续稳定安全运行的关键。在燃料电池行业纵深发展下，BOP产业链各部件正在发生新变化。

BOP主要由空气供应系统、氢气循环系统、水热管理系统、控制系统组成。在国产化方面，BOP产业链各部件中的空压机、循环泵已基本实现国产化，技术相对成熟；增湿器由于之前国产化程度低，现正呈国产化替代加速趋势；电子水泵也已经实现国产化突围，已有企业实现批量化供应。在技术方面，受大功率趋势影响，BOP在以技术创新的方式快速推动产品迭代升级。

不过，就现阶段而言，BOP供应链水平暂时不能可靠地满足更大功率系统和电堆的需求，这是当前行业正在面临的一大问题。

琦睿电池科技了解到，今年多家企业发布了200kW以上的燃料电池产品。系统方面，目前亿华通、上燃动力、潍柴动力、清能股份均已公开发布200kW以上产品；氢蓝时代、航天氢能也已表示会在2022年推出200kW以上的大功率系统。

电堆方面，去年10月下旬，氢晨科技单堆额定功率230kW的大功率金属板电堆完成性能测试。神力科技、氢璞创能、新研氢能、新源动力等国内主流电堆企业的产品最高功率也在持续走高。今年4月，国鸿氢能重磅发布的鸿芯GIII电堆额定功率超过200kW。

大功率燃料电池系统和电堆成为必然趋势的背景下，辅助系统的匹配情况成为市场关注焦点。目前，国内现有的BOP供应链水平在系统上暂时不能可靠地满足更大功率系统和电堆的需求。

琦睿电池科技总经理安存军表示：“大功率是燃料电池行业的迫切需求，不过现有的BOP供应链水平暂不能可靠地满足更大功率系统和电堆的需求。我们也即将推出200kW的系统，在辅助配套方面，其实我们也在寻找适配的BOP，这也是我们当前正在面临的一个问题。”

以下是目前BOP四大关键部件空压机、循环泵、增湿器和电子水泵在适配大功率燃料电池系统方面的实际情况:

空压机方面：目前，两级压缩离心式空压机由于优势明显，经过实际装车验证，在技术上较为成熟，是空压机领域的应用主流。但是，众所周知，燃料电池系统功率增大，两级压缩离心式空压机的功耗就会越大。在大功率趋势下，为解决这一痛点，系统厂家及空压机供应商已集体将目光放在了采用透平能量回收技术路线的空压机产品上。不过，现阶段这类产品的技术还不够成熟，市场上基本还没有看到样品。

空气压缩机的作用是将空气增压，为燃料电池提供适当压力的气体，使得燃料电池的阴极侧的压力始终处于较为高效的区间。与一般的空气压缩机不同，燃料电池用的空气压缩机需要完全无油，以防止燃料电池催化剂中毒，影响燃料电池的输出性能，并且还需要空压机具有高流量、高压比的特性。

空气压缩机

增湿器方面：在匹配大功率系统方面，目前增湿器市场已经有2-3家企业推出了适配240kW系统的增湿器产品，且正处于验证阶段。推进大功率产品的系统厂家在选择增湿器时，一般采用定制开发的方式。在定制开发增湿器时，目前系统厂家及增湿器厂家双方会在“以哪种方式保证产品的耐久性”等细节上展开讨论。可以说，在大功率趋势下，系统厂家和增湿器供应商是合力在摸索中前行。

燃料电池电堆在反应过程中，质子交换膜需维持一定的湿度以保证质子交换膜处于合适的水饱和状态，保持较高的电导，保持较高的反应效率，因此要求反应介质需携带一定量的水蒸气进入电堆，这一步通常需要增湿器来实现，其重要性不言而喻。

“十年磨一剑”我司经过无数次实验，成功研制出增湿器的核心加湿材料，一种高分子复合材料中空纤维膜，目前公司已经成功开发（10kW-120kW级）适用国内市场的增湿器，先后通过了国内多家客户的测试，2021年已逐渐推向市场。

增湿器的作用是将空气进行加湿，以提升燃料电池的输出性能，提升燃料电池的效率。

增湿器

中空纤维膜

氢循环部件方面：氢循环部件主要有氢循环泵、引射器两类，在实际使用中各有优缺点。氢循环泵具有转速及流量调节可控、实用性高等优点，但存在噪音高、体积大、成本高、功耗大等缺点；引射器具备成本低、体积小、无寄生功率等优点，但存在无法实现全工况覆盖、普适性差等缺点。

氢气循环泵将燃料电池堆出口未发生反应的氢气循环至燃料电池堆入口，同时也将出口处的水汽循环至入口，起到进气增湿的作用，同时增加氢气利用率，并减少氢气排放，减小安全隐患。

本公司采用独特的浮动式涡旋压缩结构，从设计、加工、装配都由本公司自行完成。浮动式无油涡旋压缩机产品保证在实际工作中可以长时间、稳定、可靠、高效地运行。

公司拥有涡旋式氢气循环泵的技术与专利，使其设计出全球最前沿的无油涡旋式氢气循环泵，通过精细的力平衡，使动、定涡卷之间的摩擦损失最小化，提高了产品的压缩效率、稳定性及使用寿命，直接减少氢气循环泵的综合使用成本。同时动、定涡卷的无顶密封结构，避免了密封磨屑粉尘污染问题，成为最理想的氢气循环设备。

氢气循环泵

在氢循环技术路线上，目前国内有三种应用方案：采用单一大排量氢气循环泵方案、采用氢气循环泵+引射器、采用引射器方案。在大功率发展趋势下，目前多数研发大功率系统的厂家在氢循环系统方面选择的技术路线是氢气循环泵+引射器，并表示这一技术路线在满足超大功率系统上基本不存在什么问题。

氢气引射器的作用与氢气循环泵的作用类似，与氢气循环泵的不同之处在于，氢气引射器是纯机械件，当按照燃料电池堆的额定功率设计时，使得引射器只能在一定的工作区间内起作用，尤其是燃料电池低功率时，引射器的作用较小。为解决该问题，可设计大、小两个引射器配合使用，或者配合一合适规格的氢气循环泵使用。

本公司自主研发组合分配引射器，利用不同大小引射器通过逻辑控制组合，加持全工况系统控制策略，可实现流量无级调节，避免目前市场上引射器适用工况窄的缺陷。且拥有自主知识产权，利用机械引射结构替代氢气循环泵，从而减少做功、提升效率、降低系统成本、延长使用寿命。

氢气引射器

去离子器方面：去离子器的主要作用是去除冷却液中的离子，在燃料电池工作过程中，双极板上会产生高电压，但同时要求该电压不能通过双极板中间的冷却液传递到整个冷却流道，因此要求冷却液需要具有极低的电导率。

燃料电池系统运行过程中，冷区系统部件会不可避免地析出离子，因此需要去离子器实时去除冷却液中的离子，使冷却液始终处于较低电导率的状态。

本公司研发的去离子器具有压降小、大流量，耐高温、高压性能好，便于安装易更换，且有着超强的离子吸附能力，遇到乙二醇无任何不良反应等特点。

去离子器

水气分离器方面：水气分离器的主要作用是使阳极过量气体所带出的水份得以排除，以免水在电堆内阻隔阳极气体反应，严重造成水淹而损坏电堆。

它的主要特点集中表现于分离效率高、压降小且大流量、低功耗可靠性强、且无有害物质析出，它的阀寿命可达到500万次。

仿真系统方面：本公司自主研发高精度燃电仿真系统方案 ，可模拟真实电堆工作的压力、 压降、进气流量、流量消耗、排气温度、排气湿度等参数，容错能力前，极大降 低系统及零部件开发调试成本。本系统可真实模拟燃料电池系统工况工作，为燃料电池关键零部件（空压机、加湿器、氢气循环泵、引射器、背压阀等）厂家提供最接近系统真实使用验证测试服务。

本产品采用先进的设计理念和先进的控制技术，为用户提供更为便捷安全的人机交互界面；在软件系统中内置一系列工况案例，方便用户参考操作。本产品应用适合高校和研究所，燃料电池系统开发企业，燃料电池系统零部件开发企业。

整体可见，目前BOP在产品层面基本能够满足车用领域大功率的需求，但技术还不够成熟，产品有待充分的实践验证；同时在供应层面，各细分领域只有少数厂家能够满足大功率需求。

燃料电池功率从2016到2018年的30~60kW，到2019年破100kW，再到目前国内实际上车超过120kW，再到现在在研产品超过200kW，功率持续走高背后反映的是燃料电池应用市场正在悄然变化。

琦睿电池科技总工程师靳开兴表示：“基于长途和重载的应用，大功率成为一个必然的技术路线趋势。比如49吨的牵引车如果真的跑干线的物流，哪怕不考虑超载的情况，200kW实际上只是起步。此外，除了交通领域，大功率燃料电池在船舶、储能等领域也有市场潜力，可有效拓宽氢能的应用边界。市场潜力驱动燃料电池企业追求大功率技术突破。”

那么在这个过程中，BOP产业链显然还没有实现同步发展，这已经是行业当前面临的共性问题。为什么会出现这种情况？

“示范群官方推广车型集中在重卡、冷链/冷藏车、客车和乘用车，重卡虽有大功率需求，但是补贴有限，所以功率差不多就行了，大功率系统是趋势，但缺乏订单，BOP企业动力不足”。靳工程师一针见血地指出。

但是，这不并意味着BOP领域在大功率趋势下没有出类拔萃的佼佼者。

在氢能及燃料电池产业前景得到政策明确的情况下，企业开始探讨氢能在更多场景下的应用，以扩大氢能市场规模，这给BOP供应链带来了机会也带来了挑战。在发展道路上勇于创新、执着向前的BOP企业有望抓住新机会、实现新飞跃。

原文始发于微信公众号（琦睿电池科技）：琦睿电池科技讲解：大功率燃料电池BOP匹配之痛，为之提供解决方案。