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福瑞电气:拓荒燃料电池DC/DC深度集成

发布日期:2019-02-25浏览次数:

由于燃料电池输出特性和动态性能,燃料电池DC/DC成为燃料电池动力系统不可缺少的重要部件,它负责将燃料电池输出电压进行转换,为整车和燃料电池系统安全运行提供重要保证,因此DC/DC产品的选择成为燃料电池厂商关注的重点。

 

在国内大力发展氢能产业的背景下,深圳市福瑞电气有限公司(下称福瑞电气)率先成功研发出高可靠性大功率燃料电池DC/DC变换器,并积累了批量生产及应用大功率燃料电池DC/DC的成功经验。

 

作为国内少有的将燃料电池DC/DC升压器作为重点产品开发的公司,福瑞电气凭借对汽车产业的高度理解,以及全数字控制、先进的功率电路拓扑、高频化设计、3D模型、数字控制模仿真/电路仿真/热仿真等先进设计技术,已推出功率覆盖10-150kW的成熟燃料电池DC/DC产品,获得国内外众多燃料电池厂商及主机厂的青睐。



日前,OFweek氢能走进福瑞电气,与福瑞电气副总经理兼市场总监宣路先生,副总经理兼总工程师汤忠先生进行了深入交流,以下为对话实录:


OFweek氢能:福瑞电气为何一开始就着手大功率燃料电池DC/DC开发?

 

宣路:确实在这一点上福瑞电气与其他的燃料电池DC/DC提供商不太一样,我们一开始就着手的是80-120KW燃料电池DC/DC产品的开发,然后再向中低功率产品延伸,主要有两方面原因。

 

一是福瑞电气是国家重点研发计划“新能源汽车专项”专项“高环境适应性的公路客车燃料电池动力系统和整车集成技术”子课题承担单位,负责开发燃料电池动力系统80KW和120KW DC/DC。后面基于此产品平台推出系列产品是顺理成章的事情。

 

二是从市场层面考虑,大功率DC/DC在中国具有广泛的应用空间。不仅仅是燃料电池车用领域,固定式领域的空间也很大,还有丰田的HEV,同样是使用了一个电池组再加上一个大功率DC/DC。

 

目前,福瑞电气的燃料电池DC/DC功率覆盖10-150kW,随着燃料电池在国内快速发展,这一块的市场也会持续分化,我们也会保持产品强大的扩展性,满足更多元化燃料电池客户的需求,强化市场竞争力。

 

OFweek氢能:高功率燃料电池DC/DC的哪些研发难点有哪些?

 

汤忠:难点主要体现在三个方面。首先主电路拓扑的选择,针对不同的电堆就会有不同的选择,这方面存在一定的技术难度。

 

其次是控制,针对不同的拓扑,对应的控制也不一样,我们离散控制上也有一些新的技术使产品的效率、性能指标及稳定性等更好。

 

另外就是结构设计和热设计方面,在满足客户水阻和压损的条件下,需要最大限度地提高DC/DC散热功率,这要求在有限的体积下,提高功率密度。热设计方面我们主要通过热仿真手段选择最优方案,在研发过程中前进行充分的测试验证,获得较高的功率密度。

 

OFweek氢能:福瑞电气的优势是什么?

 

宣路:尽管燃料电池板块是一个新领域,但我们的团队在传统电力电子领域已经积累了十几年的经验,为施耐德、艾默生、海康威视、中兴通讯以及众多汽车主机厂供货,对行业具有很深的理解,也积累了很多宝贵的制造经验,我们了解什么样的产品质量才能达到汽车厂商的要求,也清楚应该如何配合整车厂进行快速开发。

 

此外,我们与清华大学汽车系的关系比较紧密。事实上,我们的6位创始股东都毕业于清华,北京-清华工业开发研究院也参与了对我们的投资。

 

2017年,我们进入了清华大学汽车系课题组,申请国家重点研发计划项目。2018年,氢燃料电池领域的国家重点研发计划有5个课题,清华汽车系牵头获得了一个课题。

 

汤忠:在技术层面,福瑞电气的DC/DC技术路线走的是碳化硅,高频化方案,针对车载产品的应用环境特点来开发产品。

 

国内最初很多都是用现有产品甚至是非车载产品平台来衍生,因为目前燃料电池DC/DC市场还太小,市场非常分散,厂商都不愿意投入研发资源重新开发,通过使用通讯模块、充电桩模块进行简单拼凑,尽管节省了开发周期和成本,但只能在固定环境下使用,难以满足车载产品需求,所以未来还是会演化到更能适应车载应用环境的产品方案。

 

我们的研发重视产品的设计及仿真过程,我们主要的三个仿真过程,分别是硬件电路仿真、软件控制算法仿真和热仿真进行反复的最优化方案选择。针对热仿真,由于很多失效都由温升原因引起,所以通过热仿真建模,散热控制等,我们可以确保所有的器件在正常温度范围内,确保产品的可靠性及寿命。

 

产品方面,我们倾向于提供拓展性非常好的燃料电池DC/DC产品。利用福瑞电气对汽车行业深刻理解的优势,我们把燃料电池客户的各种需要做了梳理,产品平台集成了配电各种部件,可以满足不同需求而不用单独开发产品,满足目前产品需求多样化、市场分散的特点,能够快速响应客户的需求。

 

OFweek氢能:燃料电池何时产业化?

 

宣路:这一点我们可以参考纯电动汽车的发展里程,电动汽车的十城千辆从2009年开始,到2015年就迎来了爆发。现在燃料电池也是以电动车行业发展为参考,基本可以看作是锂电2009-2012年的发展阶段,可能在五年后甚至更早,就会有大的爆发,并且是惊人爆发。

 

汤忠:从技术的角度看我可能会更加偏保守,因为目前来看,燃料电池市场仍然非常分散,尽管氢能的技术一定是未来有希望的技术,但目前行业的发展和国家政策密切相关,所以在过程上我会相对保守一些。

 

事实上,燃料电池零部件、系统集成等各方面的技术已经实现突破,最大的难点在于电堆的商业化。膜电极、双极板等的成本还较高,影响到了大规模的商业化应用。但比较乐观的是,燃料电池成本下降速度的比锂电池还要快。

 

OFweek氢能:当前燃料电池市场发展的难点?

 

宣路:行业处于起步阶段,电堆、总成、车厂等整个体系的全面发展,需要政府层面的协调规划,这意味着政府的支持非常重要,产业化初期的市场规模较小、市场分散,补贴的存在有助于激励行业内的企业共同推动产业发展。

 

汤忠: 一是现在电堆成本仍偏高,缺乏经济性;二是电堆核心技术掌握在极少数企业手中,拥有电堆设计核心技术的企业极少,只有市场上大部分企业在核心技术有突破的时候,行业才会有突破;三是加氢站等基础设施匮乏,国内关注到这一点正在加紧推广、鼓励建设,这几个都需要国家政策的扶持。

 

OFweek氢能:如何根据市场布局下一代产品?

 

宣路:除了汽车,我们也非常关注大功率DC/DC在直流微电网领域的应用。另外,燃料电池DC/DC与电堆更好的集成,使得整体大小与传统汽油机差不多。福瑞电气有丰富的系统集成经验,拥有电机控制技术和电力电子技术,批量生产及精益制造方面具备较强能力和丰富经验。

 

汤忠:我们会不断地投入产品的迭代开发。未来产品发展方向是高转换效率、高能量密度、高性价比三方面。未来在额定负载情况下燃料电池DC/DC转换效率会达到98-99%,目前市场主流30-40kW 产品,福瑞电气的功率密度已经达到3kW/L,在将来更大功率的情况下,我们会做到6kW/L。

转载自OFWeek

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