毅合捷黃建軍：增壓技術(shù)的創(chuàng)新應用
江蘇毅合捷汽車科技股份有限公司技術(shù)總監(jiān)黃建軍作主題演講
8月25日，由中國電池工業(yè)協(xié)會、電池中國網(wǎng)聯(lián)合主辦的“2023氫能與燃料電池技術(shù)及應用國際峰會”在中國上海隆重舉行。中國電池工業(yè)協(xié)會理事長劉寶生、中國工程院院士彭蘇萍、中國科學院院士孫世剛、上海市嘉定區(qū)副區(qū)長李峰等出席峰會，來自行業(yè)主管部門、高校、科研機構(gòu)和產(chǎn)業(yè)鏈知名企業(yè)，以及外賓代表共300余人與會。
江蘇毅合捷汽車科技股份有限公司技術(shù)總監(jiān)黃建軍在會上作主題演講。
以下是發(fā)言內(nèi)容實錄，未經(jīng)嘉賓審閱：
黃建軍：我今天給大家做的報告內(nèi)容是關(guān)于燃料電池空壓機，更多是關(guān)于增壓技術(shù)創(chuàng)新應用的講座。
開始演講前，我想讓大家猜一下下面三個設(shè)備大概是什么東西。第一款是一款汽油增壓發(fā)動機，第二款是一款氫內(nèi)燃機、第三款是燃料電池系統(tǒng)（燃料電池發(fā)動機），它們最大的特點也是我報告的主角，背后都需要空氣增壓器（渦輪增壓器）給它提供清潔的空氣。
接下來帶大家近距離看一下燃料電池的空壓機和渦輪增壓器產(chǎn)品的一些具體結(jié)構(gòu)。從圖上大家可以看出來其實這兩個產(chǎn)品特別相似，左邊的是配內(nèi)燃機的渦輪增壓器，右邊的圖的話就是配我們?nèi)剂想姵叵到y(tǒng)的空壓機，從圖片上大家可以看出來，他們都有一個壓氣機在左側(cè)，右側(cè)都有一個膨脹機（空壓機），未來也都會有一個膨脹機，中間都有一個軸承系統(tǒng)，稍微有差別的話就是右邊燃料電池空壓機中間加了一個電機，需要電機驅(qū)動壓氣機這是唯一的差異，所以說我們可以下這樣一個結(jié)論，我們?nèi)剂想姵乜諌簷C技術(shù)來源傳承于渦輪增壓器。
我們再看一下我們?nèi)剂想姵乜諌簷C它的需求有什么樣的變化，我這邊列了一個圖X軸的話，就是空壓機空氣流量的需求，Y軸的話就是空壓機空氣壓比的需求，圖上面某一個點就是我們收集的某個燃料電池系統(tǒng)，它在最大功率點需要的空氣流量和壓比。從圖上大家可以看得出來，我們的流量需求越來越大，從50g/s增加到現(xiàn)在應該接近于350g甚至于400g/s的需求，壓比的話大概從2.0增加到3.5，甚至于有一些系統(tǒng)要3.5以上的壓比，所以說我們的空壓機的流量跟壓比會越來越大，他會帶來什么樣的挑戰(zhàn)。
第一個挑戰(zhàn)就是我的空壓機的功耗會越來越大，從圖上可以看得出來我的空壓機的功耗從最小的10千瓦或者10千瓦不到，到現(xiàn)在的我們空壓機越做越大要到60千瓦，60千瓦是什么概念？接近一臺小型的汽油發(fā)動機的功率，所以說功耗特別大。
下面是關(guān)于其他幾個技術(shù)指標，最終這兩三年或者三四年空壓機的一些變化，我們歸納成如下幾點：
第一點流量壓比我們剛才說過了，在前面4年之內(nèi)我們的空壓機流量按比至少增加了4倍或者說4倍以上。
第二點的話我們空壓機的功耗同樣也增加了4倍甚至于更多。
第三點的話，空壓機的壽命客戶也給我們提出了要求，可能三年前、四年前空壓機達到1萬小時甚至8000小時就可以了，但是現(xiàn)在肯定不行的，我們至少達到2萬到3萬小時工作壽命。
第四點價格也是有很大的變化，幾年以前空壓機確實蠻貴的，現(xiàn)在的話空壓機的價格是原來的至少四分之一甚至于降得更多了。它給我們空壓機帶來的挑戰(zhàn)，我們的空壓機應對措施，怎么樣更好滿足客戶用戶的需求，針對流量壓比，我們在空壓機的開發(fā)上有更多創(chuàng)新的一些系統(tǒng)架構(gòu)。
第二點的話，關(guān)于空壓機的功耗，怎么樣更有效的降低空壓機的功耗，所以我們會有一個膨脹機。
第三點針對壽命，更多的是在開發(fā)的時候，我們怎么樣有效的來做好我們的產(chǎn)品實驗驗證，保證我們產(chǎn)品在應用但不會出可靠性的問題。
關(guān)于價格的話，不管是設(shè)計單還是我們靠規(guī)模經(jīng)濟持續(xù)降本，這是我今天報告覆蓋的四部分內(nèi)容。
第一部分關(guān)于空壓機的價格，我這下面列了六種類型，從圖片上大家可以看得出來，其實空壓機可以有不同形式的，有單極增壓的，有兩極增壓的，還有單極增壓加膨脹機，兩極增壓加膨脹機，還有渦輪發(fā)電機，直接利用電堆的尾氣發(fā)電。
基本上6種架構(gòu)提供了不一樣的特點，最終的目的就是我們來滿足客戶的系統(tǒng)堆的不一樣的需求。
第二個話題，我們簡單介紹一下膨脹機，膨脹機可以幫助我們系統(tǒng)來降低功耗，看看我們膨脹機怎么樣實現(xiàn)這樣的目的的。我們想帶大家做一個簡單的物理題，上面的圖片就是我們?nèi)剂想姵乜諌簷C示意圖，右邊的話就是我的膨脹機，也就是說我的膨脹機接受的是來自于燃料電池系統(tǒng)排出來的尾氣，也就是說私空氣，它給我的質(zhì)量流量叫MT。
我們看一下回溯的大概是怎么計算的，我們摘錄了這樣一個公式，P膨脹機，就是我這個燃料電池空壓機能回收的最大功率，后面的就是說我進來的這些氣體的狀態(tài)參數(shù)，我們來看一個典型的系統(tǒng)，大概它能提供多少功率，回收多少功率。
這邊我是借用了240千瓦的一個系統(tǒng)功率的燃料電池系統(tǒng)，它的尾排的參數(shù)大概是這樣子，水氣的質(zhì)量、流量大概是300個每秒，溫度大概80度或者85度，堆出來的空氣壓力大概是2個Bar，進到我的膨脹機里面，然后我的膨脹機效率大概是70%，大家可以猜一下，這里面的答案已經(jīng)有了。
這樣一個狀態(tài)燃料電池的排氣進入膨脹機，我能回收多少功率，大概是14.5千瓦的功率。對于240千瓦這個系統(tǒng)功率或者說300千瓦的電堆功率，我回收14.5千瓦，也就是相當于我提升了整個系統(tǒng)的效率差不多5個點，那5個點系統(tǒng)效率提升其實是一個很明顯的收益。
接下來再提供一下關(guān)于膨脹機的匹配，因為膨脹機在燃料電池的匹配上，其實還是有很多可以需要討論的點，這里面我們列了一個應用案例，某個點去表示工情膨脹機出來的尾氣的參數(shù)，它的流量跟膨脹比，跟它的流量，我們可以選擇不同的方案來匹配這個系統(tǒng)的需求。
第一個方案，就是我們選擇一個大的流通能力的渦殼，來匹配燃料電池系統(tǒng)。
第二個方案，我們選擇一個小流通能力的渦殼，來匹配這個燃料電池系統(tǒng)的需求。
第三個方案，我們選擇一個可便鞋的VGT這個方案，也許在的人熟悉這個內(nèi)燃機渦輪增壓器，可能大家也聽說過這個所謂的可變界面，不管是VNT也好，還是VGT也好，最終這3個方案匹配下來，我們簡單看一下它回收大概功率比較，最上面這根線就是我不帶膨脹機我的空壓機功耗，下面三根線就是我?guī)Я瞬煌桨傅呐蛎洐C它的功耗比較。
簡單來說，我匹配上可便界面的膨脹機，它的功耗是最低的，也就是說它的能量回收是最大的，帶著固定界面的膨脹機，它的側(cè)重點不一樣，如果你的渦殼大，就是大流量回收的功率多一些，如果你的渦殼小，那就是說中小流量回收的流量多一些，大流量會放掉一部分氣，也就是說回收效率會差一些。
關(guān)于空壓機的可靠性跟它的耐久性，渦輪增壓器是我們的主業(yè)，更多的我們是把燃料電池的空壓機的開發(fā)，也是借用渦輪增壓器開發(fā)流程，也就是說在開發(fā)的早期我們做了大量的仿真分析，來確認我們的這些指標能被滿足。
后面在產(chǎn)品端，我們會做比較嚴謹?shù)脑囼灒还苁菃误w的，還是系統(tǒng)級的，然后在應用端PE試驗，我們要結(jié)合客戶的整車，來做很多耐久的試驗，來保證我們這個產(chǎn)品在應用端不會有那些意外的風險發(fā)生。
接下來我們給大家介紹一下我們毅合捷公司的產(chǎn)品，目前我們毅合捷公司有兩個產(chǎn)品，一個是渦輪增壓器，左邊就是示意圖。右邊我們剛才前面已經(jīng)提過了，燃料電池空壓機，這是我們毅合捷公司目前的兩個主要產(chǎn)品，他們產(chǎn)品背后的一些技術(shù)特點確實有很多共性的地方，我們簡單看一下。
第一點，確實都是液冷機械，而且是一個高速轉(zhuǎn)子機械，它都帶有膨脹機跟渦輪機，被壓縮做工提供空氣，然后膨脹機可以提供發(fā)電也好，或者提供機械的助能也好。
第二點，他們都是一個特別高轉(zhuǎn)速的轉(zhuǎn)子機械，渦輪增壓機的轉(zhuǎn)速至少要20萬這樣每分鐘以上，然后燃料電池空壓機將近10萬轉(zhuǎn)或者10萬轉(zhuǎn)以上的轉(zhuǎn)速。
第三點，他們都是一個高精密加工的工藝，或者很精密的一個裝配工藝。我們舉一個簡單的例子，渦輪增壓器這個軸承的間隙或者說燃料電池空壓機軸承的間隙，它達到什么樣的一個精細程度，大概人的頭發(fā)是直徑的1/7，也就是說這個設(shè)備確實很精密的一個設(shè)備，雖然它工作的環(huán)境很惡劣，工作環(huán)境到底多惡劣我們下面有介紹，像主編的渦輪增壓器最高的工作溫度要1000度以上，它是工作在高溫的甚至于高壓的工作環(huán)境之下。
我們這個燃料電池空壓機或者渦輪增壓器，它是要配合整車應用，有一些商用車的應用它振動的極值要接近于25個G，那是相當高的一個振動，也就是說我們這個產(chǎn)品是工作在相對惡劣的工作環(huán)境之中。
下面一頁我想給大家介紹一下我們毅合捷公司在轉(zhuǎn)子機器我們的核心技術(shù)跟我們的一些制造工藝的技術(shù)，關(guān)于核心技術(shù)我們列了這四五個點，第一個就是空氣動力學，因為這兩個轉(zhuǎn)子機器跟空氣動力學是完全結(jié)合到一起去的，空氣動力學決定了我們這個產(chǎn)品性能的一個核心技術(shù)之一。
第二個就是轉(zhuǎn)子動力學，我們剛才提到了它的轉(zhuǎn)速特別高，起點都是10萬轉(zhuǎn)每分鐘的轉(zhuǎn)速。第三個就是結(jié)構(gòu)強度和疲勞，因為我們這個設(shè)備它的工作環(huán)境特別有挑戰(zhàn)，所以說這個結(jié)構(gòu)強度和疲勞也是我們的核心技術(shù)之一。
第四點就是高速電機跟電控，尤其對燃料電池空壓機，因為轉(zhuǎn)速太高了，它是我們主機電機轉(zhuǎn)速的10倍甚至10倍以上，所以說高速電機電控也是我們的核心技術(shù)之一。關(guān)于制造端、工藝端我們有下面這幾個核心技術(shù)：
第一，高精密加工和裝配工藝。
第二，高速動平衡技術(shù)，這也是我們生產(chǎn)線一個很關(guān)鍵的技術(shù)。
第三，供應鏈和質(zhì)量管理，因為我們是汽車行業(yè)服務于整車廠的，所以說這個供應鏈包括我們的質(zhì)量管理是特別關(guān)鍵的。
第四，數(shù)字化或者柔性化的生產(chǎn)技術(shù)，也是幫助我們做好這個產(chǎn)品，服務好客戶的一個關(guān)鍵的技術(shù)。
下面給大家展示一下目前我們毅合捷公司在燃料電池空壓機里面，我們已經(jīng)開發(fā)出來或者正在開發(fā)的產(chǎn)品型譜，從圖上可以看到空壓機幾乎可以覆蓋目前市面上所有的電堆的需求，從小到1.5千瓦這種微型的燃料電池系統(tǒng)，我們有一個微型的風機來配合使用，最大可以滿足300千瓦這個系統(tǒng)功率電堆的空壓機，我們也有適配的產(chǎn)品。
簡單的再總結(jié)一下：
第一，燃料電池空壓機它的技術(shù)是傳承于渦輪增壓器，空壓機是渦輪增壓器里面我們有10年以上的行業(yè)經(jīng)驗，所以我們的核心技術(shù)是相通的。
第二，燃料電池空壓機它的流量越來越高，我的功率會越來越高，所以說我們需要膨脹機來幫助我們減少這個公告，所以這個膨脹機技術(shù)也是未來燃料電池空壓機可能必備的技術(shù)之一。
第三，我們空壓機公司還會繼續(xù)深耕增壓技術(shù)的創(chuàng)新應用，來服務好我們這個行業(yè)的客戶。
我的報告就這么多，感謝大家。
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