在“AutostackIndustrie”項目中，五家OEM和多家供應商正在共同努力，以期將燃料電池車的核心組件——電堆制造中的關鍵技術帶入成熟的工業(yè)化水平。

該項目將持續(xù)到2021年底，其重點是突破電堆制造的高速流程。挑戰(zhàn)是巨大的，但初步的合作努力是積極的。

除了FC單元外，燃料電池(FC)車輛的驅動系統(tǒng)還包括一個電池，以補償系統(tǒng)的反應時間，提高車輛的加速效率，一個電動引擎、變速器以及一個氫燃料罐。在這方面，F(xiàn)C系統(tǒng)的復雜性和部件數(shù)量與內燃機類似。關鍵組件是FC電堆。相比之下，從過程工程的角度來看，這與組裝一個基本的引擎有很大的不同。根據(jù)容量的不同，除了裝配部件、端板和系統(tǒng)接口外，僅電堆部分就由多達400個單獨的部件(單元)組成。最重要的是用于車輛中電堆操作的系統(tǒng)技術。安德烈·馬丁(AndréMartin)說：“與純電動汽車相比，燃料電池車上有更多的組件，因為‘充電極’已與汽車融為一體，電能是在旅途中按需產生的?！?/p>

項目的所有者正與烏爾姆研究所(UlmResearchInstituteZSW)的路德維格?喬里松(LudwigJorisson)合作協(xié)調AutostackIndustrie項目。該項目由德國聯(lián)邦交通和數(shù)字基礎設施部(BMVI)在國家氫燃料電池技術創(chuàng)新計劃(NIP)資助，金額為3000萬歐元，由NOWGmbH公司協(xié)調。其目標是將燃料電池電堆制造的關鍵技術達到工業(yè)成熟級別。除了ZSW之外，四家原始設備制造商(OEM)，寶馬、戴姆勒、福特和大眾以及眾多的供應商也參加了此項目。奧迪最近也加入了大眾公司，負責開發(fā)燃料電池(FC)品牌。

該項目從2017年開始，一直持續(xù)到2021年底，主要有三大主要目標：

1、汽車高性能技術：最高功率密度，包括更低的鉑金負載量，完整的項目成熟度，實現(xiàn)汽車目標成本

2、工業(yè)規(guī)模經濟的開發(fā)：聯(lián)合FC規(guī)范和系統(tǒng)接口，可擴展的FC輸出，通用技術平臺

3、大規(guī)模生產能力：關鍵流程的選擇和評估，達到汽車質量要求，每年10,000至30,000FC產能的燃料電池工廠規(guī)劃。

利用以前的項目

可以從以前的項目：AutoStack(2009-2012，歐盟項目，可行性研究)和AutoStackCore(2012-2017，歐盟項目，技術概念證明)的結果中受益。工業(yè)化是AutostackIndustrie的重點。

馬丁解釋說：“因此，有足夠的時間，就有可能通過開發(fā)和測試已經工業(yè)化的高速FC制造工藝，為大量車輛的生產做好準備，并能夠在適當?shù)碾A段滿足未來的市場需求?！本唧w來說，這意味著在項目完成后的18到24個月內，擁有一個可轉換為工業(yè)規(guī)模的電堆產品制造流程。這與德國汽車制造商的計劃非常吻合，后者已宣布從2023年到2024年增加燃料電池(FC)汽車的數(shù)量。

關于分配的資源和項目的全面預算，馬丁估計大約三分之二分配給產品開發(fā)，包括解決規(guī)模問題，三分之一分配給生產開發(fā)環(huán)節(jié)。馬丁強調說：“我們試圖將電堆開發(fā)中的所有要點集中在一個項目中。”他明確表示：“這與研發(fā)無關，而是與產品和制造流程有關?！?/p>

項目伙伴之間的密切合作尤其重要。協(xié)調員解釋說：“在開發(fā)過程中，主要環(huán)節(jié)的專家在一起工作是極其重要的?！痹谠擁椖恐?，有一個主要的接觸合作伙伴負責每個主要組件——膜電極組件(MEA)，雙極板，氣體擴散層(GDL)和催化劑。此外，這些負責人承擔質量管理、規(guī)范和制造開發(fā)的角色。

這次合作的初步結果很有希望。它允許原始設備制造商(OEM)就相關接口的規(guī)范和基本系統(tǒng)描述達成一致?！斑@是一項新的、獨特的協(xié)議”，馬丁強調說——另一方面，這是基于相互信任的多年合作的結果。到2020年3月底，電堆開發(fā)的第一個階段—“演化1”—將完成，并將評估達到的水平。

到2021年，將分兩個階段制造大約60個FC。它們將由參與的OEM、ZSW和其他項目合作伙伴進行測試。根據(jù)測試目標，將使用不同規(guī)格的電堆?！斑@對我們來說是至關重要的，我們要進入第二個開發(fā)階段，采用穩(wěn)健的設計方法，”馬丁強調說，“以便在項目結束時達到足夠的成熟度?！?/p>

長期耐久性的挑戰(zhàn)

在產品成熟之前，肯定有一些挑戰(zhàn)需要克服。這些包括長期耐久性。根據(jù)馬丁的說法，還沒有完全達到目標。在6000個工作小時的燃料電池車輛的預期生命周期內，允許降低10%?；旧?，膜電極(MEA)會受到降解的影響。然而，其他組成部分和運作模式也會有影響。對于后者，主要是所謂的壓力源，如溫度、壓力、濕度等在動態(tài)負荷變化中產生的影響。馬丁認為，這些參數(shù)可以調整以緩解耐久性的流失，但是優(yōu)化參數(shù)的開發(fā)過程非常耗時。

一個重要的杠桿也是各主要部件的順利配合。馬丁強調：“只有結合，我們才能得到我們想要的結果。模型分析和驗證測試在選擇主要組件方面起著重要作用。為了做出最佳選擇，有很多相互依賴的因素需要考慮，”項目協(xié)調員說。在降低鉑金的問題上，我們走在正確的道路上。與之前的模型相比，陽極的鉑負載可以降低。重要的是，根據(jù)目前的計算，在達到當今的充電水平和功率密度的前提下，可以實現(xiàn)并達到汽車目標成本(在批量生產約30,000個電堆的情境下)。

另一個要完成的任務是大量減少電堆啟動操作所需的時間。在這一過程中，電堆的電化學成分被激活。調試時間必須從幾小時縮短到幾分鐘，使調試與批量生產的流程順序相適應。為了開發(fā)出合適的程序，需要進行大量的測試。馬丁強調說，這個例子非常清楚地說明了產品開發(fā)和制造流程的開發(fā)是多么緊密地交織在一起。

盡管如此，燃料電池(FC)專家認為，德國FC技術的技術發(fā)展水平與中國、韓國、日本、美國等重點競爭地區(qū)相當，同時也不該忘記一些國家在工業(yè)化方面具有的優(yōu)勢。在材料和零部件領域，德國供應商是全球領先的技術供應商之一。而動力鋰電池的情況并非如此，鋰電池的主要供應商在亞洲。因此，Autostack產業(yè)化項目的成功，對于燃料電池汽車的工業(yè)化生產無疑具有重要意義。NOWGmbH