[00866147]现场甲醇重整制氢与氢电混合动力系统集成关键技术

项目属于化学工程与系统工程交叉学科。氢能燃料电池是中国战略新兴产业，制约该产业发展的瓶颈之一是如何实现氢气安全储运，破解消费者对车载高压储氢的安全性忧虑。甲醇来源丰富，发展现场甲醇重整制氢，开发氢电混合燃料电池系统，既可消除车载高压储氢安全忧虑，又可发挥燃料电池高功率优势，化解电动汽车续航里程和充电时间焦虑。该项目聚焦研发现场甲醇蒸汽重整制氢、高温质子交换膜燃料电池及氢电混合燃料电池系统集成管理与控制技术，研制的5kW级甲醇现场重整氢燃料电池发电装置，填补了国内空白，已在电动汽车、通讯基站和航天军工中得到推广应用，主要技术发明点如下： 发明点1：甲醇现场重整制氢催化剂及微反应器技术：发明了全自动燃料电池动态响应的现场甲醇重整制氢装置，开发出甲醇重整和CO选择性氧化的微反应器及其催化剂涂覆技术，开发的涂覆PdZn/ZnO/Al₂O₃催化剂微反应器性能优异，在高空速下甲醇转化率达93-99.8％；选择性氧化微反应器可使重整气中CO含量低于10ppm。 发明点2：高温质子交换膜燃料电池膜电极及电堆制造技术：创制了基于碳载过渡金属螯合物Co/Fe-N-C类燃料电池非铂催化剂，发明了PBI基高温质子交换膜材料和粘接剂，开发出高温PEMFC膜电极制备技术；提出“笼”式结构高温PEMFC固定方案，优化了带液冷流道双极板，开发出5kW级甲醇重整氢高温PEMFC发电模块，填补了国内空白，其系统能效指标高达46％。 发明点3：氢电混合动力系统集成及综合热电管理技术：建立了高精度动态规划统一建模和快速求解最优化方法，可缩短计算时间94％。提出分层近似全局优化智能能源管理策略，研制出氢电混合动力系统多能源管理控制器，解决了能效全局最优化控制技术在线实时应用的国际性难题；基于功率谱自学习预测方法可降低系统氢耗6.14％；基于热泵的电动汽车热管理集成可提升整车续航里程18.3％。 该项目已获中国发明专利30件，美国发明专利2件，实用新型专利63件，参编氢能国家标准1项，发表论文SCI论文100多篇。开发出300W和5kW两款甲醇重整氢燃料电池发电模块，及氢电混合动力系统多能源管理控制器。已在江苏常州建成了年产4万套甲醇重整氢燃料电池发电模块生产线。基于5kW发电模块，为东风汽车开发出中国第一批30kW甲醇氢燃料电池物流车，于2017年通过工信部《道路机动车辆生产企业及产品》(第303批)公告，并进入新能源汽车补贴目录；与中氢新能合作开发的30kW/1MWh静默移动发电车获第一届军民融合技术装备博览会嘉奖；5kW和300W发电模块还应用于通讯基站和海岛电站系统，被中国航天、中国移动、中国电信和中国铁塔广泛采用。项目研发的电动汽车多能源管理控制器在上海凌翼动力实现产业化，在苏州金龙、吉利汽车、东风汽车推广应用销售20000多套。近三年新增销售额13.9亿元，新增利润1.607亿元。项目于2020年通过由中国石化联合会组织，曹湘洪院士、邹志刚院士、张锁江院士、任其龙院士和邵志刚研究员等专家参加的科技成果鉴定，认为：该项目开发的甲醇重整氢燃料电池系统达到国际先进水平，5kW级高温燃料电池模块能效指标国际领先。