凌氫新能源王少華：燃料電池系統(tǒng)環(huán)境可靠性研究是整個(gè)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的必由之路
圖為江蘇凌氫新能源科技有限公司技術(shù)總監(jiān)王少華作主題演講
“燃料電池系統(tǒng)環(huán)境可靠性研究是整個(gè)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的必由之路，是企業(yè)競爭的基礎(chǔ)，也是消費(fèi)者信心建立的前提條件。”日前，江蘇凌氫新能源科技有限公司技術(shù)總監(jiān)王少華在“2023氫能與燃料電池技術(shù)及應(yīng)用國際峰會”論壇上，作題為《燃料電池系統(tǒng)環(huán)境可靠性試驗(yàn)研究》的主題演講時(shí)如是說道。
王少華表示，目前，中、美、日、韓、歐盟等全球主要經(jīng)濟(jì)體都已將發(fā)展氫能和燃料電池產(chǎn)業(yè)上升為國家戰(zhàn)略層面，建立能源研究院，并頒布了相應(yīng)政策和法規(guī)。
2022年3月，國家發(fā)改委、國家能源局聯(lián)合印發(fā)《氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展中長期規(guī)劃(2021-2035年)》。《規(guī)劃》提出了氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展各階段目標(biāo)：到2025年，我國燃料電池車輛保有量約5萬輛，部署建設(shè)一批加氫站，可再生能源制氫量達(dá)到10萬-20萬噸/年，實(shí)現(xiàn)二氧化碳減排100萬-200萬噸/年。到2030年，形成較為完備的氫能產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新體系、清潔能源制氫及供應(yīng)體系。到2035年，形成氫能多元應(yīng)用生態(tài)，可再生能源制氫在終端能源消費(fèi)中的比例明顯提升。
隨著我國產(chǎn)業(yè)政策和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)日臻完善，各地燃料電池汽車示范城市群已陸續(xù)啟動(dòng)，氫燃料電池汽車保有量穩(wěn)步提升。據(jù)王少華介紹，2016-2020年我國氫燃料電池汽車產(chǎn)量逐年提升;2020年受疫情影響，行業(yè)產(chǎn)量下滑至1199輛。截至2020年底，我國氫燃料電池汽車保有量為7352輛，進(jìn)入商業(yè)化初期。
值得關(guān)注的是，燃料電池系統(tǒng)和電堆領(lǐng)域做研發(fā)的企業(yè)如雨后春筍般涌現(xiàn)。為了避免企業(yè)同質(zhì)化競爭，還有技術(shù)性內(nèi)卷，王少華表示，可靠性研究成為燃料電池行業(yè)產(chǎn)業(yè)化發(fā)展的必然需求。
據(jù)王少華介紹，氫燃料電池系統(tǒng)可靠性研究包括四個(gè)方面：泄露研究——?dú)浒踩釋W(xué)研究——全溫區(qū)、電學(xué)研究——全功率、應(yīng)用研究——全工況。
關(guān)于氫安全泄露方面，王少華表示，氫氣不同于其它氣體，是一種最小的原子，很容易發(fā)生泄露。燃料電池汽車的安全性，主要是指燃料電池汽車運(yùn)行過程中車載系統(tǒng)的安全，主要包括高壓供氫系統(tǒng)、燃料電池發(fā)電系統(tǒng)的安全性能。因此，泄露方面的相關(guān)研究，可大大提高燃料電池汽車的安全性。
關(guān)于熱學(xué)研究全溫區(qū)方面，對于地理位置差異、晝夜溫差和季節(jié)性變化，燃料電池車的運(yùn)行面臨著高溫和低溫的挑戰(zhàn)。王少華表示，燃料電池汽車想要實(shí)現(xiàn)商業(yè)化，必須滿足在全溫區(qū)運(yùn)行以及低溫冷啟動(dòng)的條件。
關(guān)于電學(xué)研究全功率方面，王少華表示，電堆功率和電堆效率與燃料電池系統(tǒng)效率密切相關(guān)。全功率范圍內(nèi)，燃料電池系統(tǒng)效率變化很大，子系統(tǒng)中DCDC效率和空壓機(jī)功耗變化也很大。因此，面對散熱量問題、濕熱控制、流場和溫場的合理性，做燃料電池系統(tǒng)全功率的安全試驗(yàn)非常有必要。
關(guān)于應(yīng)用研究全工況方面，我國頒布了《中國汽車行駛工況》(CATC)，對不同用途的車輛各自做了相應(yīng)規(guī)定。王少華表示，全工況測試考慮車輛運(yùn)動(dòng)特征、動(dòng)力特征和環(huán)境特征數(shù)據(jù)。燃料電池車輛全工況試驗(yàn)對測試系統(tǒng)的要求主要包括快速響應(yīng)、散熱量、濕熱控制和姿態(tài)模擬四個(gè)方面。
王少華認(rèn)為，當(dāng)前燃料電池系統(tǒng)環(huán)境可靠性領(lǐng)域還存在六大痛點(diǎn)：國內(nèi)缺少大功率氫能試驗(yàn)艙、不能解決動(dòng)態(tài)散熱問題、艙內(nèi)溫場和流場紊亂、氫電安全隱患、無法實(shí)現(xiàn)姿態(tài)和變載的動(dòng)態(tài)模擬、缺少多種工況模擬能力。
為了應(yīng)對這些問題，凌氫在環(huán)境可靠性測試領(lǐng)域已做出五項(xiàng)主要研究成果。
一是開創(chuàng)“風(fēng)洞式”燃料電池環(huán)境艙先河。凌氫燃料電池環(huán)境艙內(nèi)可實(shí)現(xiàn)風(fēng)洞式平流流場，增加氫氣分離擴(kuò)張段，實(shí)現(xiàn)了氫氣分離、脈排。通過可調(diào)式矢量送風(fēng)口設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)氣流準(zhǔn)確供應(yīng)，分布式微流道設(shè)計(jì)，避免氫氣局部聚集。
二是提供氫安全體系化整體安全解決方案。該方案又包含五個(gè)方面內(nèi)容，即：符合氫氣分布規(guī)律的合理布局;傳感器的選用和合理布置;智能化四級聯(lián)動(dòng)處置方法;安全矩陣聯(lián)動(dòng)反應(yīng)策略;分布式微流道設(shè)計(jì)，避免氫氣局部聚集。
三是開發(fā)了燃料電池冷啟動(dòng)內(nèi)循環(huán)系統(tǒng)，模擬氫樣件在低溫環(huán)境下進(jìn)行冷啟動(dòng)試驗(yàn)及可靠性測試。
四是解決系統(tǒng)加載動(dòng)態(tài)響應(yīng)問題。凌氫已研究出了載冷系統(tǒng)蓄能技術(shù)和冷熱動(dòng)平衡控制技術(shù)。
五是穩(wěn)定持續(xù)的新風(fēng)供應(yīng)和整艙及進(jìn)排氣低氣壓模擬技術(shù)。針對這兩項(xiàng)技術(shù)，凌氫申請了《一種燃料電池環(huán)境艙切換融霜低溫供氣系統(tǒng)及其工作方法》和《一種燃料電池系統(tǒng)單罐式進(jìn)排氣模擬系統(tǒng)及其工作方法》兩項(xiàng)專利。
在科研方面，據(jù)王少華介紹，凌氫燃料電池環(huán)境可靠性測試核心技術(shù)處于行業(yè)領(lǐng)先水平。凌氫在燃料電池環(huán)境可靠性測試領(lǐng)域申請專利共計(jì)60余項(xiàng)，其中發(fā)明專利20項(xiàng)。
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