凌氫新能源王少華：燃料電池系統環(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)總監王少華作主題演講
“燃料電池系統環(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，也是消費者信心建立的前提條件?！比涨?，江蘇凌氫新能源科技有限公司技術(shù)總監王少華在“2023氫能與燃料電池技術(shù)及應用國際峰會(huì )”論壇上，作題為《燃料電池系統環(huán)境可靠性試驗研究》的主題演講時(shí)如是說(shuō)道。
王少華表示，目前，中、美、日、韓、歐盟等全球主要經(jīng)濟體都已將發(fā)展氫能和燃料電池產(chǎn)業(yè)上升為國家戰略層面，建立能源研究院，并頒布了相應政策和法規。
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(cháng)期規劃(2021-2035年)》?！兑巹潯诽岢隽藲淠墚a(chǎn)業(yè)發(fā)展各階段目標：到2025年，我國燃料電池車(chē)輛保有量約5萬(wàn)輛，部署建設一批加氫站，可再生能源制氫量達到10萬(wàn)-20萬(wàn)噸/年，實(shí)現二氧化碳減排100萬(wàn)-200萬(wàn)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體系。到2035年，形成氫能多元應用生態(tài)，可再生能源制氫在終端能源消費中的比例明顯提升。
隨著(zhù)我國產(chǎn)業(yè)政策和技術(shù)標準日臻完善，各地燃料電池汽車(chē)示范城市群已陸續啟動(dòng)，氫燃料電池汽車(chē)保有量穩步提升。據王少華介紹，2016-2020年我國氫燃料電池汽車(chē)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(chē)保有量為7352輛，進(jìn)入商業(yè)化初期。
值得關(guān)注的是，燃料電池系統和電堆領(lǐng)域做研發(fā)的企業(yè)如雨后春筍般涌現。為了避免企業(yè)同質(zhì)化競爭，還有技術(shù)性?xún)染?，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。
據王少華介紹，氫燃料電池系統可靠性研究包括四個(gè)方面：泄露研究——氫安全、熱學(xué)研究——全溫區、電學(xué)研究——全功率、應用研究——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(chē)的安全性，主要是指燃料電池汽車(chē)運行過(guò)程中車(chē)載系統的安全，主要包括高壓供氫系統、燃料電池發(fā)電系統的安全性能。因此，泄露方面的相關(guān)研究，可大大提高燃料電池汽車(chē)的安全性。
關(guān)于熱學(xué)研究全溫區方面，對于地理位置差異、晝夜溫差和季節性變化，燃料電池車(chē)的運行面臨著(zhù)高溫和低溫的挑戰。王少華表示，燃料電池汽車(chē)想要實(shí)現商業(yè)化，必須滿(mǎn)足在全溫區運行以及低溫冷啟動(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效率密切相關(guān)。全功率范圍內，燃料電池系統效率變化很大，子系統中DCDC效率和空壓機功耗變化也很大。因此，面對散熱量問(wèn)題、濕熱控制、流場(chǎng)和溫場(chǎng)的合理性，做燃料電池系統全功率的安全試驗非常有必要。
關(guān)于應用研究全工況方面，我國頒布了《中國汽車(chē)行駛工況》(CATC)，對不同用途的車(chē)輛各自做了相應規定。王少華表示，全工況測試考慮車(chē)輛運動(dòng)特征、動(dòng)力特征和環(huán)境特征數據。燃料電池車(chē)輛全工況試驗對測試系統的要求主要包括快速響應、散熱量、濕熱控制和姿態(tài)模擬四個(gè)方面。
王少華認為，當前燃料電池系統環(huán)境可靠性領(lǐng)域還存在六大痛點(diǎn)：國內缺少大功率氫能試驗艙、不能解決動(dòng)態(tài)散熱問(wèn)題、艙內溫場(chǎng)和流場(chǎng)紊亂、氫電安全隱患、無(wú)法實(shí)現姿態(tài)和變載的動(dòng)態(tài)模擬、缺少多種工況模擬能力。
為了應對這些問(wèn)題，凌氫在環(huán)境可靠性測試領(lǐng)域已做出五項主要研究成果。
一是開(kāi)創(chuàng )“風(fēng)洞式”燃料電池環(huán)境艙先河。凌氫燃料電池環(huán)境艙內可實(shí)現風(fēng)洞式平流流場(chǎng)，增加氫氣分離擴張段，實(shí)現了氫氣分離、脈排。通過(guò)可調式矢量送風(fēng)口設計，實(shí)現氣流準確供應，分布式微流道設計，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)方面內容，即：符合氫氣分布規律的合理布局;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)反應策略;分布式微流道設計，避免氫氣局部聚集。
三是開(kāi)發(fā)了燃料電池冷啟動(dòng)內循環(huán)系統，模擬氫樣件在低溫環(huán)境下進(jìn)行冷啟動(dòng)試驗及可靠性測試。
四是解決系統加載動(dòng)態(tài)響應問(wèn)題。凌氫已研究出了載冷系統蓄能技術(shù)和冷熱動(dòng)平衡控制技術(shù)。
五是穩定持續的新風(fēng)供應和整艙及進(jìn)排氣低氣壓模擬技術(shù)。針對這兩項技術(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及其工作方法》和《一種燃料電池系統單罐式進(jìn)排氣模擬系統及其工作方法》兩項專(zhuān)利。
在科研方面，據王少華介紹，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(zhuān)利共計60余項，其中發(fā)明專(zhuān)利20項。
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