本文為在中國汽研舉辦的“2019第二屆新能源汽車測試評價技術(shù)國際論壇”上，電子科技大學(xué)氫能與燃料電池電池研究院湯浩教授帶來的《燃料電池系統(tǒng)集成與測試技術(shù)研究》。

燃料電池與內(nèi)燃機(jī)相比有許多不同之處，第一是燃料電池內(nèi)部沒有運動部件，相對比較靜態(tài)，使得它的工作效率比較高；第二是燃料電池工作過程中沒有噪音；第三是燃料電池比較清潔，這里比較清潔的前提是氫氣來源比較清潔，如果氫氣來源不清潔那還是實現(xiàn)不了閉環(huán)的清潔。

目前燃料電池技術(shù)主要應(yīng)用在發(fā)電、交通、無人機(jī)和特種能源等領(lǐng)域，其中交通領(lǐng)域的燃料電池汽車大部分是大巴車和物流車，乘用車非常少。原因在于燃料電池堆的功率密度還比較低，一百千瓦級燃料電池堆的體積較大，很難放置到乘用車內(nèi)部。此外，大巴車和物流車的路線比較固定，加氫站的建設(shè)比較容易解決，而乘用車不可能限制其在特定的時間開到有加氫站的地方。

國內(nèi)當(dāng)前比較成熟的儲氫技術(shù)是35MPa的高壓氣態(tài)儲氫，與液態(tài)儲氫技術(shù)相比，氣態(tài)儲氫技術(shù)的單位儲氫質(zhì)量和儲氫密度均較低。但是高壓氣態(tài)儲氫技術(shù)有很多優(yōu)勢，第一是氣態(tài)儲氫技術(shù)的成本比較低，第二是氣態(tài)儲氫的動態(tài)性能比較好，第三是氣態(tài)的氫氣易于管理。為了改善現(xiàn)有氣態(tài)儲氫技術(shù)單位儲氫質(zhì)量和儲氫密度均較低的問題，目前國外已經(jīng)量產(chǎn)70MPa的高壓氣態(tài)儲氫瓶，并且國內(nèi)也在跟進(jìn)相關(guān)方面的技術(shù)研究。由于燃料電池的體積能量密度還可以進(jìn)一步提高，并且具有非常大的優(yōu)勢，未來燃料電池的發(fā)展必然會走能量型道路。

接下來介紹一些關(guān)于燃料電池系統(tǒng)集成方面的研究工作，如圖所示燃料電池系統(tǒng)主要包括電堆模塊（A）、空氣供應(yīng)模塊（B）、氫氣供應(yīng)模塊（C）、熱管理模塊（D）、配電管理模塊（E）和整個燃料電池控制器（F）。物理架構(gòu)圖中的藍(lán)線代表空氣回路、綠線代表氫氣回路、紅線代表熱管理回路、黃線代表配電管理回路。實際上燃料電池堆和發(fā)動機(jī)一樣均是汽車結(jié)構(gòu)中最關(guān)鍵的零部件，因此動力系統(tǒng)集成的關(guān)鍵點在于如何最大化提升燃料電池堆的性能。其中燃料電池堆的特征參數(shù)包括電流、電壓、功率和反應(yīng)物的流量。

針對燃料電池系統(tǒng)集成設(shè)計需要解決的問題，我們搭建一個物理+數(shù)字的共性技術(shù)研發(fā)測試平臺，這個平臺包含一個共性實物平臺和一個共性數(shù)字仿真平臺。其中，共性實物平臺是一個能提供燃料電池系統(tǒng)性能測試的實驗室，因為在實驗室里測試會節(jié)省較大的研發(fā)時間和成本，如果將燃料電池系統(tǒng)裝配到整車?yán)锶y試，研發(fā)成本將會非常大。另外一個共性數(shù)字仿真平臺可以將燃料電池堆作為一個模型輸入到仿真平臺里，并將電堆變成全數(shù)字的仿真平臺。此外，我們還可以將實物仿真平臺和虛擬仿真平臺結(jié)合起來，構(gòu)建起一個虛實結(jié)合的共性技術(shù)研發(fā)測試平臺，大幅提高了研發(fā)效率。

我們現(xiàn)在的設(shè)計理念不僅包含測試對象的多樣化，還包含測試系統(tǒng)的性能優(yōu)化，因此無論是國內(nèi)還是國外生產(chǎn)的燃料電池堆都能在這個共性研發(fā)測試平臺上進(jìn)行性能測試。并且這個測試平臺主要采用國產(chǎn)化部件，整個測試平臺的零部件國產(chǎn)化率達(dá)到了80%以上。其中包括熱交換模塊、控制模塊、加濕模塊和電子負(fù)載等部件，并且還有一部分軟件和硬件全部是自主開發(fā)。

返回第一電動網(wǎng)首頁 >