中汽中心郭婷：國內(nèi)外燃料電池汽車關(guān)鍵測評技術(shù)的研析
中國汽車技術(shù)研究中心有限公司平臺總監(jiān)郭婷做主題演講
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(yīng)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(xué)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(jī)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。
中國汽車技術(shù)研究中心有限公司平臺總監(jiān)郭婷在會上作題為《國內(nèi)外燃料電池汽車關(guān)鍵測評技術(shù)的研析》的主題演講。
以下是發(fā)言內(nèi)容實(shí)錄，未經(jīng)嘉賓審閱：
郭婷：各位行業(yè)同仁大家上午好，很榮幸今天站在這里跟大家分享一下我們團(tuán)隊(duì)所做的一些工作，今天我所分享的題目是《國內(nèi)外燃料電池汽車關(guān)鍵測評技術(shù)的研析》。
我將從4個(gè)方面來說，首先我們看一下目前燃料電池整個(gè)的示范運(yùn)行發(fā)展現(xiàn)狀。
燃料電池其實(shí)是我們汽車能源戰(zhàn)略以及我們雙碳政策的一個(gè)重要支撐，目前其實(shí)是采取示范運(yùn)行的支撐政策，已經(jīng)有五大示范城市群，41座城市納入我們國家的燃料電池示范城市運(yùn)行中心，從2019年開始就實(shí)行了一個(gè)最高額的補(bǔ)貼狀態(tài)。
我們把最高的購置補(bǔ)貼轉(zhuǎn)化為示范支撐的政策，目前實(shí)施的政策來講我們主要也是集中于四大方面，分別是構(gòu)建產(chǎn)業(yè)鏈，促進(jìn)研發(fā)的產(chǎn)業(yè)化，在這個(gè)方面我們其實(shí)是以龍頭產(chǎn)業(yè)為重要支撐，大力發(fā)展關(guān)鍵的核心技術(shù)和整車產(chǎn)品，實(shí)現(xiàn)一些重大的突破。
第二點(diǎn)，我們開展新技術(shù)、新車型示范，完善關(guān)鍵技術(shù)和測試評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，在這個(gè)方面我們是在不斷的尋找燃料電池汽車的示范應(yīng)用場景。
第三點(diǎn)，探索商業(yè)模式，提高經(jīng)濟(jì)性，在這個(gè)方面我們重點(diǎn)其實(shí)是找到能夠持續(xù)給燃料電池汽車提供穩(wěn)定低成本的氫源。
最后一個(gè)方面，完善政策制度的環(huán)境，不單單從加氫站，也從我們的氫源入手，從整個(gè)燃料電池汽車的示范運(yùn)行入手，來開展相關(guān)的政策支撐。
在政策的支撐下，目前已經(jīng)在四大領(lǐng)域取得關(guān)鍵的技術(shù)進(jìn)展，首先在技術(shù)的創(chuàng)新領(lǐng)域，我們目前已經(jīng)逐漸掌握了自主知識的創(chuàng)新能力，掌握了關(guān)鍵燃料電池電堆、雙極板、空壓機(jī)等核心的技術(shù)，在碳紙和催化劑的方面也在逐漸的加速突破。
在車輛的應(yīng)用推廣領(lǐng)域，銷售額也在直線上升，據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)已經(jīng)超過了1.5萬輛這樣的數(shù)量，燃料電池也從單純的公交車場景，拓展到物流車和重卡應(yīng)用場景。
第三，氫能供給，累計(jì)的加氫站我們已經(jīng)有將近400余座，很多的城市也正在將氫能作為能源管理，并且不斷的去加快加氫站的審批和管理辦法。
最后一個(gè)就是支持政策，政策體系和制度環(huán)境都在逐漸的完善，包括我們從國家級和省部級等等都開始去報(bào)批各類型支撐的政策去推動燃料電池示范運(yùn)行發(fā)展。在未來增加燃料電池的車型和應(yīng)用場景，規(guī)范化降低成本，提速氫能供給模式，政策持續(xù)支撐，將助力我國成為最大的燃料電池汽車市場。
在政策方面，長期看來需要建立氫能及燃料電池汽車協(xié)同發(fā)展的政策支撐體系，目前規(guī)劃的將會從研發(fā)的驗(yàn)證和推廣應(yīng)用、安全監(jiān)督、加氫站的建設(shè)等多個(gè)角度，共同推動。從車輛的應(yīng)用場景來講，也逐漸的去尋找中途場景和遠(yuǎn)途場景，能夠快速的加大燃料電池啟動推廣力度的一些應(yīng)用場景。
第三，規(guī)模化的成本和核心技術(shù)的國產(chǎn)化，是我們降低成本最重要的方式，無論是從政策的支撐和產(chǎn)業(yè)龍頭企業(yè)的加大創(chuàng)新技術(shù)力度，都會促使我們成本的降低。未來我們將會實(shí)現(xiàn)能夠與燃油車相媲美的狀態(tài)。
目前我們中汽中心是作為燃料電池示范運(yùn)行的第三方支撐機(jī)構(gòu)，全面支撐了財(cái)政部等五部門完成示范運(yùn)行政策的研究、起草、解讀和示范城市群的評選工作，并建立了國家氫能及燃料電池示范監(jiān)控平臺，目前接受平臺的燃料電池汽車車輛已經(jīng)超過5000輛，加氫站超過70做，制氫企業(yè)有30余家。
第二個(gè)方面，我們來回顧一下國內(nèi)外標(biāo)準(zhǔn)法規(guī)現(xiàn)狀的一個(gè)體系，產(chǎn)業(yè)的推動離不開標(biāo)準(zhǔn)的推廣，在國際領(lǐng)域我們其實(shí)目前還是以三大性能為支撐，包括安全、性能、燃料，包括我們在幾大的研究標(biāo)準(zhǔn)機(jī)構(gòu)，GTR還有SAE、ISO等等，他們都在不同層級的去支撐燃料電池汽車的標(biāo)準(zhǔn)化發(fā)展。
值得一提的其實(shí)是在國際上認(rèn)證，還是以整車加汽評為主，而我們過么其實(shí)還多了關(guān)鍵核心零部件的支撐，這樣才能推動我們自主知識產(chǎn)權(quán)進(jìn)一步的擴(kuò)大。縱觀我們的國家標(biāo)準(zhǔn)，目前其實(shí)是以兩條腿走路，第一條是基于燃料電池現(xiàn)有的結(jié)構(gòu)特征，正在制定多項(xiàng)整車接口使用等方面的標(biāo)準(zhǔn)法規(guī)，已經(jīng)發(fā)布的有15項(xiàng)，在研標(biāo)準(zhǔn)16項(xiàng)，預(yù)研標(biāo)準(zhǔn)4項(xiàng)。
包括我們預(yù)計(jì)今年能夠發(fā)布的冷啟動，以及它的一些動力性等等，我們在研的也包括最重要的一個(gè)布局，包括一些碰撞后的安全要求，以及我們加氫通訊協(xié)議等相關(guān)領(lǐng)域的布局，同時(shí)我們第二條方法，其實(shí)就是在現(xiàn)有的國家標(biāo)準(zhǔn)當(dāng)中，修訂的過程中將燃料電池的部分修訂到國家標(biāo)準(zhǔn)當(dāng)中，能夠全面的鋪開燃料在各個(gè)角度方面的一個(gè)國家標(biāo)準(zhǔn)的應(yīng)用。
包括我們正在預(yù)研的一些項(xiàng)目，碳足跡還有一些戶賬模式的一些推廣等等，都將燃料電池的部分修訂在其中，所以能夠使我們快速的推動國家標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)展。在國家標(biāo)準(zhǔn)的布局下，團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)和地方標(biāo)準(zhǔn)緊隨其后，遍地開花，迅速補(bǔ)充燃料電池在發(fā)展過程中的測評體系，覆蓋整車氫系統(tǒng)、系統(tǒng)、電堆、材料等等，我們從燃料電池的開發(fā)到應(yīng)用，到后面的一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)化等等，都會有各大的學(xué)會和協(xié)會進(jìn)行共同的推動，迅速補(bǔ)充我們在產(chǎn)業(yè)化發(fā)展過程當(dāng)中的一些標(biāo)準(zhǔn)推動。
第三方面，跟大家分享一下目前燃料電池關(guān)鍵測試技術(shù)解析，我們團(tuán)隊(duì)其實(shí)重點(diǎn)在搭建全車型、全場景、涉氫的燃料電池汽車的測試評價(jià)領(lǐng)域，關(guān)鍵的測評技術(shù)，以四大平臺為支撐，分別是安全性平臺、經(jīng)濟(jì)動力性平臺、可靠耐久性平臺，以四大平臺為支撐，分步驟去進(jìn)行技術(shù)完善、技術(shù)優(yōu)化、拓展和創(chuàng)新，滿足我們研發(fā)和全生命周期的一個(gè)測評體系。
在安全性方面，結(jié)合實(shí)際的運(yùn)用場景解決氫安全、電安全、高壓按照在使用前、使用中和使用后的周期性評價(jià)，氫安全是燃料電池關(guān)注的重點(diǎn)，目前基本的安全要求已經(jīng)是作為納入強(qiáng)制性的標(biāo)準(zhǔn)法規(guī)，但是我們目前不僅僅局限于氫氣的泄露、排放等等，我們還應(yīng)該對燃料電池汽車進(jìn)行階段性的氫安全檢查，包括關(guān)鍵的傳感器、高壓管路進(jìn)行安全性的檢查，保證我們?nèi)剂想姵仄嚦掷m(xù)安全有效進(jìn)行。
第二個(gè)方面，在電安全領(lǐng)域，會更加關(guān)注在電量消耗，動態(tài)電平衡等相關(guān)工況下的電安全的一些實(shí)現(xiàn)，在高壓安全領(lǐng)域我們主要集中在兩個(gè)方面，一個(gè)是加氫安全，一個(gè)是碰撞安全，其中碰撞安全標(biāo)準(zhǔn)也正在研制，預(yù)計(jì)近兩年就會實(shí)現(xiàn)發(fā)布，現(xiàn)在正在積極的進(jìn)行研討過程當(dāng)中。
在經(jīng)濟(jì)性方面，預(yù)祝今年也是會發(fā)布燃料電池汽車的續(xù)航歷程和能量消耗量的測試評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，在這個(gè)過程當(dāng)中我們現(xiàn)階段已經(jīng)把燃料電池汽車分別A類車型和B類車型，根據(jù)燃料電池和動力電池能量的占比，我們將它分為A類和B類，在即將發(fā)布的國家標(biāo)準(zhǔn)當(dāng)中，我們已經(jīng)很明確的將A類車型，也就是俗稱全功率車型，采用外接法進(jìn)行快速的續(xù)勢里程評價(jià)，但是根據(jù)我們市場上存在的更多的電電混合動力的商用車的燃料電池車型，還沒有提出相關(guān)快速的評價(jià)方法，所以我們的團(tuán)隊(duì)正在研究這部分的內(nèi)容，未來也一定會是一個(gè)研究的領(lǐng)域和方向。
我們提出也是采用中國工況的方法，采用6個(gè)循環(huán)分別進(jìn)行純電和混動模式的測試，采用氫電折算的方法計(jì)算續(xù)勢里程和氫耗，這樣的方法不但可以采用自供氫的方式，也可以大大地降低測試的成本。
經(jīng)濟(jì)消耗量其實(shí)是評價(jià)燃料電池汽車關(guān)鍵的指標(biāo)之一，常用的方法我們一般會想到的就是流量法、溫度壓力法和質(zhì)量法，但是這三種方法其實(shí)在使用過程當(dāng)中，不但會增加我們的測試成本，也會使測試的安全會有一定的風(fēng)險(xiǎn)，所以各有優(yōu)劣，為了更好快速準(zhǔn)確的測試氫氣 消耗量，我們提出了以尾排當(dāng)中的氫氧質(zhì)量守恒的方法進(jìn)行氫耗的測試，這種方法簡單來說就是測量廢氣當(dāng)中的氫氧的濃度、體積濃度、流量等等，通過這種方法進(jìn)行計(jì)算，目前該方法已經(jīng)完成設(shè)備的開發(fā)和理論的研究驗(yàn)證的階段，正在廣泛的征集行業(yè)的意見，立項(xiàng)了團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)，這個(gè)也是希望行業(yè)當(dāng)中能夠共同參與，這個(gè)就類似于碳平衡法測友好，能夠大大降低實(shí)際操作過程當(dāng)中的難度，也能夠使我們的成本下降。
第二個(gè)方面溫度場景我們知道，電池電化學(xué)反應(yīng)受溫度的影響很大，我們率先研究了高壓部件和低壓部件在不同的工況領(lǐng)域下能量流的解析，為了更好的測試他在不同的高溫場景和低溫場景經(jīng)濟(jì)性的指標(biāo)，我們也做了十幾款的燃料電池汽車，對他高溫和低溫的經(jīng)濟(jì)性與常溫進(jìn)行對比，我們發(fā)現(xiàn)其實(shí)在低溫場景和高溫場景下，他的氫耗的指標(biāo)是遠(yuǎn)大于我們在常溫的指標(biāo)，未來我們也會在這個(gè)方面持續(xù)的加大力度，提出我們高溫和低溫情況下、場景下對燃料電池、氫氣消耗量和續(xù)勢歷程全工況能量流解析，同時(shí)低溫場景和高溫場景，也同樣影響著燃料電池汽車的動力性。
下一方面我們講一下可靠性，提高燃料電池可靠性是燃料電池汽車商業(yè)化的必經(jīng)之路，我們從兩個(gè)層級去布局可靠性測試評價(jià)方法的發(fā)展，第一個(gè)是從整車層級，目前其實(shí)大部分車企用的可靠驗(yàn)證都是基于我們?nèi)加蛙嚭碗妱榆囍朴喌囊恍┓椒ǎ轻槍θ剂想姵鼗咎卣鳎热缯f電堆、車載氫系統(tǒng)等等，并沒有依托它關(guān)鍵核心部件，開展相關(guān)的耐久性可靠性的測試，所以我們基于這樣的場景下，通過社會路面和實(shí)驗(yàn)場的用戶關(guān)聯(lián)的分析，建立了面向電堆、空壓機(jī)、車載氫系統(tǒng)核心部件的建立，使他能夠在燃料電池在實(shí)驗(yàn)場進(jìn)行加速可靠性的驗(yàn)證，在此過程當(dāng)中我們選取的是安裝強(qiáng)相關(guān)的連接點(diǎn)作為重要的輸入點(diǎn)，包括燃料電池系統(tǒng)電堆的懸置等等，核心的零部件也包括DCDC、車載氫系統(tǒng)，也包括氫瓶支架，以及一些關(guān)鍵的高壓閥件。
目前其實(shí)已經(jīng)完成了四類車型在全國示范城市群的載荷譜的采集，并完成了相關(guān)的用戶關(guān)聯(lián)分析，也立項(xiàng)了我們團(tuán)體的標(biāo)準(zhǔn)，未來將會實(shí)現(xiàn)燃料電池不同的車型在實(shí)驗(yàn)場加速耐久可靠測試評價(jià)方法。
第二個(gè)層級，我們在可靠耐久性是實(shí)現(xiàn)對零部件的考核，也是基于等損傷的原理，我們建立了燃料電池汽車典型部件的方法，我們利用五步法分別進(jìn)行三大系統(tǒng)的燃料電池加速耐久PSD譜的編織，分別通過已經(jīng)采集的載荷譜的數(shù)據(jù)，進(jìn)行語流技術(shù)外推、疲勞損傷譜、沖擊響應(yīng)譜的計(jì)算，進(jìn)行抬價(jià)加速工力目錄譜的制定和校驗(yàn)，初步已經(jīng)通過采集四類的車型示范城市群的振動載荷譜，我們推導(dǎo)出來核心零部件、電堆、車載氫系統(tǒng)抬價(jià)方案，我們后續(xù)會持續(xù)加大采集力度，會優(yōu)化我們抬價(jià)的方法。
第四，從環(huán)境適應(yīng)性講起，已經(jīng)經(jīng)過了幾年的時(shí)間，我們目前燃料電池的關(guān)鍵技術(shù)、低溫冷啟動技術(shù)，已經(jīng)大部分能解決，并且能夠?qū)崿F(xiàn)-30攝氏度冷啟動的能力，為了更好的實(shí)現(xiàn)高溫和高原的場景，我們一直在布局實(shí)驗(yàn)場和實(shí)驗(yàn)室雙重的能力，特別是加氫和充電的實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Γ瑵M足我們?nèi)珳囟葓鼍跋碌臏y評分析，實(shí)現(xiàn)環(huán)境工況的有效輸入。
隨著電堆功率的上升，目前其實(shí)都能夠達(dá)到100千瓦級以上，大部分還有一些能夠達(dá)到200千瓦級以上，在功率上升的同時(shí)，熱平衡能力已經(jīng)當(dāng)前重要解決核心技術(shù)問題。
為了解決這樣的測試評價(jià)的問題，我們聚焦兩個(gè)方面，一個(gè)是提出燃料電池有效的測試工況，包括我們提出了燃料電池最大的輸出功率的工況作為重要考核工況，第二個(gè)是我們提示的城市工況作為綜合的考評工況，同時(shí)我們也關(guān)注一些測評的指標(biāo)，特別是熱平衡的時(shí)間電堆、進(jìn)出水溫度等核心的指標(biāo)用來評判，所以采用最高車速的運(yùn)行時(shí)間，最高的運(yùn)行功率以及最長的穩(wěn)定時(shí)間三大指標(biāo)，來評價(jià)熱平衡，目前通過我們的測試結(jié)果，也發(fā)現(xiàn)大部分的車輛都是通過限制功率滿足溫控的需求，但是如果是在一定的溫度40攝氏度或者38攝氏度以上的場景，那么它的動力性也會受到影響，所以這個(gè)是我們未來需要解決的關(guān)鍵核心技術(shù)之一。
最后燃料品質(zhì)和空氣品質(zhì)的測評技術(shù)，在這個(gè)方面我們知道其實(shí)不同的制氫方式和不同區(qū)域空氣品質(zhì)是不一樣的，相應(yīng)的每種帶來雜質(zhì)的問題也會有不同，雜質(zhì)的問題對長時(shí)間穩(wěn)定運(yùn)行的燃料電池汽車有一定的影響，但是對于目前來講燃料品質(zhì)首先分析就沒有特別全面，正在逐漸地建立全面的分析體系，同時(shí)對單一雜質(zhì)對耐久性的影響也不清晰，所以為了解決這個(gè)問題我們需要加強(qiáng)國際合作，搭建高精尖的測試能力，明確不同的雜質(zhì)對耐久性的考核問題。
通過現(xiàn)階段測評技術(shù)的問題，我們也對未來燃料電池系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行研判，燃料電池汽車的新技術(shù)、新功能，也會提出新的使用要求和測評要求，我們歸納為四大方向。
第一個(gè)全氣候高效的使用技術(shù)，在這個(gè)方面我們重點(diǎn)去解決熱泵空調(diào)技術(shù)，還有保溫技術(shù)、動力電池自加熱技術(shù)。燃料電池低溫冷啟動很大一部分原因不單單是燃料電池本身的原因已經(jīng)解決，但是很多動力電池在低溫下沒有辦法提供有效的能源，其實(shí)是暴露出來新一輪的問題。
第二個(gè)全工況下高壓的安全性問題，在這個(gè)問題當(dāng)中，我們技術(shù)會更加關(guān)注安全設(shè)計(jì)、監(jiān)控系統(tǒng)以及絕緣防護(hù)。
第三個(gè)方面全生命周期的可靠性技術(shù)，我們更加關(guān)注系統(tǒng)集成、控制器、可靠性、全場景的可靠性的驗(yàn)證體系。
第四個(gè)低碳的節(jié)能技術(shù)，我們會逐漸地完善能量的控制策略還有輕量化技術(shù)、高效熱管理技術(shù)。
我們通過提高集成設(shè)計(jì)、優(yōu)化控制策略，搭建全面的驗(yàn)證體系，基于用戶在真實(shí)的用車場景，聚焦整車關(guān)鍵性能，開展主客觀的測試評價(jià)，全面解決燃料電池汽車的技術(shù)創(chuàng)新。
最后一部分，也就是我們中汽中心其實(shí)在為了推動氫能和燃料電池的發(fā)展，我們也做了很多人力和物力的投入，新能源汽車科技創(chuàng)新基地是我們中汽中心近年來投資最大、建設(shè)規(guī)模最高、技術(shù)能力最強(qiáng)的項(xiàng)目，已經(jīng)于2022年投入使用，其中包括我們國內(nèi)最大的氫能及燃料電池汽車零部件的實(shí)驗(yàn)基地，以及我們整車的實(shí)驗(yàn)基地全面大作國家級的燃料電池的測試評價(jià)、技術(shù)服務(wù)、質(zhì)量監(jiān)督和認(rèn)證認(rèn)可的平臺，我們的目標(biāo)其實(shí)是建設(shè)成為國內(nèi)領(lǐng)先、世界一流、服務(wù)于燃料電池汽車全研發(fā)流程、產(chǎn)品鏈、全生命周期和全應(yīng)用領(lǐng)域綜合技術(shù)服務(wù)基地。
我們整個(gè)服務(wù)基地是有四大平臺優(yōu)勢，第一國家氫能及燃料電池示范監(jiān)控平臺，實(shí)時(shí)掌握整個(gè)示范平臺的數(shù)據(jù)。第二就是中國工況的數(shù)據(jù)庫也為我們?nèi)剂想姵販y評和關(guān)鍵技術(shù)的解析提供了一定的支撐，第三個(gè)方面全國的標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會以及我們硬件一流的涉氫創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)基地。
我們?yōu)榱四軌虼蛟烊囆汀⑷珗鼍吧鏆涞难邪l(fā)驗(yàn)證平臺，我們從軟硬件分別滿足驗(yàn)證的實(shí)力，軟件上我們在不同的平臺上根據(jù)關(guān)注的指標(biāo)，去布局我們測試評價(jià)方法和測試評價(jià)技術(shù)的布局，我們目前也搭建了涉氫的輕型、重型轉(zhuǎn)股環(huán)境倉，就是為燃料電池汽車全新的整車的驗(yàn)證作為重點(diǎn)的攻關(guān)，以及我們氫耗的設(shè)備和尾排的設(shè)備也具有多項(xiàng)自主知識產(chǎn)權(quán)。
上述就是我們實(shí)驗(yàn)室一些關(guān)鍵整車級設(shè)備的一些展示，也歡迎各類同仁能夠有機(jī)會到我們中汽中心進(jìn)行交流，以上就是我的全部匯報(bào)，謝謝主辦方，謝謝行業(yè)同仁。
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