王芳:氫能與燃料電池汽車標準與測試評價

2021-01-09 機經網

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  中國汽車技術研究中心動力電池領域的首席專家王芳

  王芳:尊敬的各位領導、各位專家、各位同行,大家下午好!首先自我介紹一下,我叫王芳,來自中國汽車技術研究中心有限公司。我想很多人熟悉我們中心,做很多行業服務的平臺。我本人是在中心檢測認證事業部,是負責新能源汽車的測試評價、認證、標準化的工作。實際上剛才章老師介紹了前一半段是燃料電池,後一段半段是氫能,實際上我是承上啟下的作用。

  因為我的工作性質,我的內容還是以燃料電池的測試評價工作為主,也非常感謝協會能夠提供這樣一個平臺,能夠在這兒和大家做這樣的交流。我的報告有四個方面,我們做燃料電池測試的時候,包括測試評價、包括工作的開展,離不開對產業產品狀態的分析,對產品進入水平的評估,包括我們標準化的工作當中,我們需要去做什麼樣的工作,都是跟目前的現狀是分不開的,所以我還是想把相關測試的內容跟大家做一下分享。

  首先大家知道從2015到現在,燃料電池汽車一直是作為新能源汽車三縱三橫裡面的一縱,一直佔據重要的位置,而所有的新能源汽車規劃裡面,都有對於燃料電池汽車專門的規定,所以截止到現在,燃料電池汽車形成相對比較完備的配套政策,包括補貼政策、外商投資等等政策。在大的政策支持背景下,上次會場交流的時候,我給大家做了一個圖,這幾年增長的狀況是快速增長的節奏。為什麼提到這個?後面提到測試標準和評價的時候,也能感受到產業快速發展對我們的衝擊、我們提出的要求。

  截止到目前,已經有六千多輛的規模,而且有一個特徵,它在各個地區的分布有一個明顯的集中度。實際上整個燃料電池汽車的產業鏈是非常的長,技術鏈也非常的廣。我們按兩部分,今年論壇的第一部分和第二部分的內容有這樣的界線,從燃料電池汽車的上遊端,一直到原部件材料、原材料的線,從燃料電池技術線到制氫、產氫、運氫等等的產業鏈,這裡面會涉及到很多的銜接和需要去配合的地方。

  我們在測試評價裡面,也會涉及到方方面面的內容。實際上截止到現在,大家看到2019年的產品銷量分布地區,國內已經形成了三大集群快速發展的趨勢,這幾年各個地方對氫能和燃料電池汽車的重視程度是非常的高。去年9月份,我統計了一下20多個省市,截止到現在一直有40多個相關省市出臺了地方的規劃,對於氫能發展的政策驅動。在未來的十年內,根據各個示範城的規劃內容,可以測算一下,如果能夠理想的發展,總的量會超過十萬輛,這是我們希望的產業群能夠快速健康的推進。

  第二部分說一下氫能與燃料電池相關的標準體系。一會兒範老師會給大家做詳細的分享,我這塊是簡單地提一下。對於氫能來說,我們更關心的是在標準體系裡面,它會對於加氫站、加氫槍、加氫過程的安全監控,這是大家最最關心的。實際上另外一方面,我們自己的檢測機構也會遇到一些難題,對於實驗室的加氫站建設以及運維的安全考量,我剛才還在說,想多請教這方面的知識。

  其實目前整車的標準是圍繞這三個層級開展。一個是整車級,我們會聚焦於氫電安全和結構安全,安全是我們關注的核心焦點。除了安全以外,現在的能量控制策略、續航等等也是關心的焦點。大家知道,這個標準目前強制執行的是《24549》,還有是《最高測速的試驗方法》,這兩個標準都在修訂當中,2009年到一幾年制定的標準,產品的更新迭代和技術的提升,大家對產品的認知也不斷提升,技術水平也對標準的要求也提出了要求。

  第二大類是燃料電池。我們從膜電極到動力系統,它有一系列的測試評價和標準。這個在公告層面只有這幾個標準:24554,它也在修訂關於核心的焦點。質子交換膜燃料電池模塊,它會制定低溫儲存的性能等等。

  第三個是氫系統,包括輔助部件。因為輔助部件的標準還沒有出來,現在氫系統是一個焦點,上面26779就是加氫口的標準,還有車載氫系統。第一個加氫口最新的進展,前天剛剛在深圳開電動汽車標準會的年度審查會,我們審查了八九個標準,這個也是剛於前兩天通過審查,也就是說很快地會修改編程,形成最終的稿件出版。這個是幾個修訂當中相對來說速度最快的。

  另外除了修訂的標準以外,我剛才提到對於整車來說關心的能量、消耗量、續航、裡程的測試。低溫冷啟動,一個是關心整車層級,一個是系統部件層級,這兩個都會在標準裡有所體現。實際上我們做標準體系的時候,無論是國內還是國外,大家關注的焦點有相似的地方,也有稍微細微的差異。實際上我們列舉了一下標準,大家關心的共同點就是整車的安全和氫的性能,包括它的耐久等等。實際上GTR13都在制定當中,我們中國也是深度參與的狀態。我們中國現在正在做的,包括碰撞安全、氫洩露、氫安全以及續航裡程等等,這一系列的標準都是在進行方法的討論、設置方面都在跟國際法規有深度的融合、協同的工作。也就是說,和國際專家的交流會非常的多。

  第三步簡單和大家分享一下我們對於測評標準的理解。目前做的都是按照標準體系的路線圖一步一步做,但是做標準都有一個周期。我們燃料電池汽車的快速發展,對於我們企業來說,不能單單看那幾個標準,國家標準只是一個最基本的要求,它是入門的最低要求。對於我們要想設計一款好的產品,滿足未來產品發展的需求,我們可能需要關心的內容非常的多。比如說這是我們實驗室列舉的,對於燃料電池的測試來說,我們從整車級、部件級關心的內容都是不一樣的。比如整車關注動力性、經濟性、安全性、可靠耐久,這裡面很多的內容都是不斷地完善。

  今天時間非常的有限,就分享幾個標準制定的內容,也是大家對產品評價裡面對核心關注的內容。第一個是氫安全,包括氫洩露和氫排放。這個標準是《24549》修訂,這個過程當中做大量的驗證和測試,把數據提供給標準去做標準制定的支撐。這裡面我們會關心有一些焦點的內容,比如說氫氣密閉測試對體積的要求、對換氣率的要求,以及我們在檢測裡面對於傳感器的評價,它對於檢測預警和告警的能力。

  第二個就是低溫冷啟動,這個是大家關注非常多的焦點。實際上我們採購了兩輛車,都在做深度的對標解析,包括控制的策略。包括低溫冷啟動,我們會詳細的分析,會看到各家冷啟動的策略,這在性能裡面也是非常重要的指標參數,而且國內外各家企業的差異還是非常大的。其實我們在測試方法研究的時候,我把研究的內容已經給大家詳細地介紹了。實際上我們做的時候會關心幾點內容,包括冷啟動的電流、功率,以及啟動所需要的時間,我們還會關注到冷啟動過程中氫氣排放的危險,就是安全的考量。

  因為我們在測試的時候,包括我剛才提到的那些車,我們發現這個過程中,它也會有一些值得關注的問題。

  第三個能耗和續航裡程,這個討論了很多輪,我們做了大量的實驗。比如現在大家把標準修訂裡面,會把短縮法加進去,然後考量內容。我覺得我們要做測試評價的時候,我們會關注到幾個方面的問題。第一個,傳功率輸出的車型,和外界充電車型的差異。其實電動汽車發展了這麼多年,有很多技術快速地更新迭代,這裡面也會用到技術,動力系統的快速發展,對測試方法也是有挑戰。比如DC/DC系統的高度集成,我們要考量方法裡面的差異性,這個也是我們要考量的。我們要考量三種方法的對等性和平行性,你要想一個標準出臺,裡面所使用的測試方法是否能適用全行業?這個方法是在實驗結果可重複,在各個檢測結構之間可重現的,這個是有要求的。我們在裡面做了大量的比較,去看溫度壓力法、流量法有什麼樣的差異、優劣,以及怎麼樣評價它是合適的測試方法。

  因為整車的內容非常的多,感興趣的下面可以深度地交流。部件也想簡單地說一下,部件分為三個層級,一個是電堆的,第二個是輔助系統,第三個是發動機系統的。我們都建立了相應的測試體系。當然我們最最關心的是發動機系統,因為我們測試機構更多是面向最終的產品,但是現在隨著企業的研發,我們需要配合企業做好研發過程中、開發過程中的V字型的測試工作,我們從電堆再往前追溯,電堆到電池、到系統、到模組的分層級的評價體系。

  一個是24554,發動機現在在做標準的修訂,測試方法裡面會包含這些測試內容,包括啟動的、動態響應的,還有起停、氣密性。我們在這裡面也做了深度的探討,包括做了很多的研究,就是它的可靠性和耐力性的測試,這是我們應該關注的焦點,也是跟整車的性能密切匹配的。實際上我們在「十三五」的時候,參與了燃料電池裡面所有的測試工作,燃料電池開發裡面,測試工作我們都在深度地參與。參與的過程中,最大的難題,大家關注的焦點是如何評判耐久性,如何用科學的方法評價耐久性。

  說實話,這個難題很難,我自己博士的論文是鋰電池,我做了很多年的鋰電池耐久性測試,那個過程中我越來越認識基於大數據、基於實車的運行、基於實際的多工況下運行的特徵,結合充電放電過程,去看整個壽命的評價和加速測試方法的科學性,以及加速模型的可靠性,所以我想燃料電池相對來說比較好的階段,我們大數據有了很好的經驗情況下,疫情的監控相對比較完備的情況下,我們可以從頭開始,把燃料電池的運行數據和運行過程中的故障響應,和運行當中出現的任何細微問題拿過來分析,跟實驗室的做匹配和對比分析,我想電動汽車能更早地找到測試方法,所以我讓我們的團隊做這樣的研究。

  這個是簡單的部件級測試,因為補貼的要求,要做一些冷啟動測試和儲存。部件級的儲存,就會暴露出一些跟它相連接的其他輔助部件的問題,所以我們在測試的時候,冷卻過程中冷卻液的洩露,這個是我們要考量的。

  輔助部件現在沒有國家標準,我們在做團標和一系列的測試方法的研究和表徵,我們希望通過這個對整個燃料電池汽車的測試能有一個完備的車檢體系。

  我們簡單做一下總結,在座的一些產檢的企業專家比我更有發言權,當然我是結合實驗的結果和行業了解。比如燃料電池、比如關鍵的原材料,我們跟別人比起來還有更多需要提升的空間,所以這也是我說的第一點,我們還需要做一些工作去提升。另外就是我從我的測試所需要的供氫來說,甚至包括產業大背景說,可能對於加氫的基礎設施方面還有很大的需求。第三個,標準體系和測試平臺還需要完善。

  基於這些我們也在做工作,這個就是我們做的工作,我們有個小小的實驗室,今年的5月25日啟動了新的實驗室建設工作,有四個實驗樓,明年的4月份這個樓全面的投入使用,也是能讓我們的測試評價工作做得更好。我們堅信在國家政策的積極引導下,如果大家共同努力,提升燃料電池的技術,解決瓶頸的問題,再通過我們在標準和測試的引領,我想是能夠推動產業快速的發展,這個就是我今天給大家的分享,謝謝大家!

  (註:本文根據現場速記整理,未經演講嘉賓審閱)

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