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中汽中心王芳:燃料电池汽车的测试评价与技术发展研判

2020-09-09

9月4日-6日,由中国汽车技术研究中心有限公司、中国汽车工程学会、中国汽车工业协会以及中国汽车报社共同主办的第十六届中国汽车产业发展(泰达)国际论坛隆重召开。9月6日,在以“氢燃料电池汽车前瞻技术未来发展”为主题的第三会场中,中国汽车技术研究中心有限公司首席专家、检测认证事业部副总工程师王芳发表了精彩演讲。

以下内容为现场演讲实录:

各位专家、各位同行,大家好,我叫王芳,来自中汽中心检测证书事业部,我负责的工作主要是新能源汽车及关键部件的测试、评价和标准化。今天我想要跟大家共享的内容主要是《燃料电池汽车的测试评价与技术发展研判》。

我的报告内容不会分成四个部分,第一部分是政策环境与产业现状的非常简单分析。

从2006年开始,燃料电池汽车作为新能源汽车发展“三纵三斜”里面的“一纵”,一直受到高度的重视。实际上燃料电池汽车产业发展一系列关于产业发展的政策、投资、规划等等,都在新能源汽车的涉及政策和规划里获得了充份的反映。

在这样一个大的背景下,燃料电池汽车的年产量也在逐年递增,到2019年底,总计产量达到6300辆。这里面有三个特点:第一,主要是以商用车居多,第二,这两年的增速是最迅猛的,第三,推广的地域性产于是相对非常集中的。

燃料电池汽车整个产业具备上下游的产业链和技术链非常长的特点,实际上我们把它又分成两个产业链:一个是燃料电池汽车以及它的上游燃料电池关键部件等等这样一个燃料电池汽车的产业链。另外一个就是制氢、产氢、用氢、运氢、储氢的氢能产业链。

这几年,各个地方也非常的推崇氢能与燃料电池汽车的发展。截止到目前,大概有40多个省市出台了各个地方的发展规划。这40多个省市相对也是比较集中的,我们可以看到,与它相对应,也是已经构成了三大产业集群,包括华北、华南和华东三大产业集群,牵涉到到的涉及燃料电池企业有上百家的规模。这些区域集群里面,相对产业链比较完善,研发的资源也比较丰富,基础设施建设也回头在全国的前茅。所以它应该是将来燃料电池汽车产业发展的推展样板先行区。

第二部分,跟大家分享一下氢能与燃料电池标准的体系。

与产业链一样,标准也是分成两大板块,首先第一个是氢能的板块。氢能板块已经有一系列的,包括氢化车站的建设规范,加氢枪和加氢机的拒绝,以及安全用于的一些技术条件。

燃料电池板块,实际上我们把这个标准体系分为整车级、燃料电池级和氢系统级三大部分。这三大部分目前已经在使用的有六个标准,还包括五个方面的内容,但这六个标准相对都制定得比较早了,随着这几年技术发展的快速提高,这六个标准都启动了修订工作;首先整车的是安全拒绝和最高车速的,燃料电池还包括发动机的性能拒绝和模块要求,氢系统包括氢化口和车载氢系统的要求。

这些标准里面,这个26779,就是燃料电池汽车氢化口的标准进展是最快的,在前两周的标准审查会中它已经通过了审查,进入到了审批阶段。

除了这几个修改的标准之外,还有几个重要的标准正在制定或者打算制订的阶段,包括能量消耗量、续航里程、电磁兼容、低温冷启动等一些标准,我后面跟大家共享的测试技术内容也会把这些作为一个重点来跟大家做交流。

国外标准主要也是在安全、性能和燃料加注这几个方面展开标准的制定工作,还包括ISO,还包括GTR的法规,这些标准,我们中国都在深度参与的过程中。以GTR为事例,包括氢安全、碰撞安全、燃料消耗量和气瓶的性能,这些标准我们都在国标的制定过程当中,同时与GTR13有一个深度的交流和协商的工作内容,所以中国的标准和国际的法规是正处于同步、同节奏和深度协同的状态。

第三部分内容,想跟大家分享一下燃料电池涉及的测试评价技术内容。

其实要想要作好一款好的燃料电池汽车,除了刚才提到的燃料电池涉及标准以外,我们还需要做到大量的研发检验和测试评价工作。我们中心有这样一个项目管理团队,也牵头行业内的这些企业,正式成立了一个燃料电池测评工作组,开展相关的工作。我们梳理出了燃料电池汽车的综合测评体系和燃料电池部件的项目管理体制。对于整车来说,它会涉及到动力性、经济性、安全性、可靠性、环境适应性、舒适性以及电磁兼容等等一系列的测试评价项目。时间关系,今天不能跟大家分享其中很小很小的几点内容,如果大家感兴趣,我们可以在会后展开深度的交流。

首先想跟大家分享的是氢安全和氢废气的测试。我们在做这样的测试评价时,一方面关心测试条件的设置、测试装备的拒绝,另一方面是关心对测试对象的测试内容和研判标准、指标参数。实际上对于氢安全的测试来说,一方面我们不会关心氢泄漏测试的密封空间体积上的拒绝,换气亲率的要求,另外一方面,我们也会关心测试对象,包括传感器的精度、测量的对象等等这样一些评价指标参数。

第二个想共享的就是低温冷启动,这是全行业都注目的一个热点话题。实际上对先进设备的车辆进行测试时,我们也在注目它里面的控制策略,它的冷启动的保护措施等等,就是各家策略上的异同点。实际上我们在测这个对象的时候,不会关心它的低温冷启动的温度,它的冷启动的功率以及冷启动的时间。在我们在对一些先进的燃料电池汽车测试过程当中,我们又发现了,比如在低温冷启动的时候,它的氢废气的量也是引发了我们的注目。所以我们现在也在探讨,在冷启动过程当中,氢排放的容许是不是也是我们应该关心的一个点。

第三个想要共享的就是能量消耗量和续航里程的测试。在这个测试标准的制订过程和测试评价的技术交流当中,我们关注的焦点还包括全功率的车辆和有可外接电池车辆测试的差异性。另外,现在随着部件的集成度越来越高,这种测试方法和测试内容否会有一些调整,这是我们辩论得比较多的内容。

实际上我们现在大部分会采用短缩法里面一些关键要点的研究和研判科学性、准确性的考量。目前使用压力温度法、质量法和流量法这三种方法去做大量的对比分析,看它们测试的优点和缺点。因为我们要想制定一个全球、全行业接纳的标准,对它的测试项目的拒绝,我们一定要投票决定一个可重复性和可再现性都非常好的,需要在第三方比较有权威性的用于方法,所以在这个过程当中,有很多关注测试方法以及评价手段的讨论。

部件部分的测试,我们也有个比较完善的体系了,还包括燃料电池电堆和燃料电池辅助部件,以及燃料电池发动机系统,不同的层级关心的项目是不一样的,但是里面有一些共同点,比如说安全性,比如说性能,比如说寿命有可能是我们都关心的一些内容,所以我后面跟大家稍微非常简单分享一点部件测试的关心焦点。

第一个是以24554燃料电池发动机测试的标准为事例,实际上这个标准已经在修改当中,我们在修订过程中不会关心它的启动特性、功率的特性、动态号召的特性、气密性的状态以及应急停机功能的评价。

在这里特别想提的一点就是关于燃料电池发动机的可靠性和耐久性,以及环境适应性的评价,这是我们在近一两年讨论非常多的内容。就是关于燃料电池发动机的可靠性,我们现在期望通过多种手段,需要快速、准确地作好它的评价。一方面我们通过实车数据的采集,另一方面通过转鼓的试验,我们制定一个相对可靠的、耐久性的测试工况,去对燃料电池发动机的可靠性、耐久性进行综合评价。另一方面,我们也期望通过增强的试验和加速因子的原作,去构成一个高精准确度的加快测试方法,这是我们这个行业非常迫切需要的方法。

实际上我在电动汽车的整个测试评价过程中也会有这样一个感触,对于基于实车运营的工况,我们如何科学、快速的实现对这个车以及部件寿命的快速评价,本身它在十几年来一直是一个难题。对于燃料电池汽车来说,比较好的一点就是当燃料电池汽车这两年快速发展的时候,我们的大数据平台、大数据技术已经得到了一个很好的发展,所以我们可以在现有的基础上同步的结合实验室测试数据和实车运营的大数据,需要尽快制订这样一个可靠的、快速的耐久测试方法。

部件的项目管理还有几个方面比较重要,现在正在开展的工作,只能简单的跟大家提一下,第一个就是发动机冷启动的试验,它是跟整车冷启动实验相对应的。我们正在对24554展开修订,明确的会把发动机冷启动的实验要求也在那里获得一个反映。

第二就是高低温储存的试验,实际上高低温储存作为一个补贴的试验项目,它在里面考核会展开气密性和运行的试验评价,实际上我们不会在这个测试里看到整个燃料电池电堆实验本身是没有什么问题的,但是燃料电池系统如果在这种低温环境下工作的话,它有可能会经常出现其他的连接件、辅助部件的冻坏问题,从而出现防冻液泄露等状况,这是我们需要关注的内容。

第三就是电磁兼容的测试。我们告诉燃料电池汽车是一个大功率输入的特性,它跟传统电动汽车又会有一些差异性,所以燃料电池部件电磁兼容的测试跟电动汽车电池系统的部件电磁兼容测试又有不一样的展现出特征,所以它的电磁兼容测试也是我们关心的一个焦点。

除了燃料电池部件以外,我们还要关注的一个板块是氢气循环棒、空压机等辅助部件。因为截止到目前,其实标准基本没针对这些辅助部件的正规化要求和技术规范,所以我们团队也在开展包括气液两项流、转速、流量、效率、稳定性等等指标参数定性和定量的测试评价工作。实际上我们现在已经有一些团标在制订过程当中,后面会陆陆续续提出一些行业标准和国家标准的推展,去进一步充实我们整个燃料电池汽车的测试评价体系。

第四部分是对技术水平的非常简单分析和发展研判。

实际上我刚才也提到,燃料电池汽车的发展随着这两年快速的推动和行业的深度投放,技术的发展是非常快速增长的,但是我们也可以看见与国际的先进设备水平相比,有一些方面我们还有很多提高空间,还包括填的功率密度,也还包括储氢系统,包括关键的原材料,还包括催化剂、碳纸、密封机等原材料。所以总结起来,实际上我们可以看到,目前我们关键的材料还是需要有一定的投放和注目,去提升这方面的自主开发能力。

第二是我们的设施基础设施,像氢化站等相关建设的法规和建设力度还必须推动。

第三是现有的标准体系我也跟大家做到了一个充份的共享,还必须进一步完善,我们也在努力的推进这样的工作以及测试平台的完备。

实际上我们中心在近两年一直在规划建设一个涉氢的全面服务,以燃料电池汽车的测试平台,我们现在规划了四栋涉氢的楼,从燃油电池整车,到燃油电池系统到关键辅助部件,到燃油电池原材料的测试评价,我们会构成一个综合的测试能力,这个测试平台明年4月份会全面的投入使用。我们也希望通过我们的工作需要为行业做一定的贡献,能够给这些企业获取全面的、高水平的研发测试服务,同时也为国家的法规测试把好质量关。所以我们也希望通过我们的努力,通过全行业的努力,需要最大程度的推动整个产业的发展。

我相信在政策的战略引领下,在我们仅有行业技术人员科技创新持续投入的基础上,我们一定需要通过自身的提升、国内外的交流、技术的引领,来构建对于燃料电池汽车身体健康、快速的发展。

我的共享就是这些,谢谢各位专家和各位同行。

(录:本文根据现场速记整理,未经演说嘉宾审阅)


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