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CASF2020|缪文泉:服务于燃料电池产品研发的测试评价技术体系研究

盖世直播 2020-10-22 13:57:39

2020年10月20日-22日,由国家市场监督管理总局缺陷产品管理中心、浙江清华长三角研究院、中国汽车工程研究院股份有限公司、重庆市合川区人民政府联合主办的第三届中国汽车安全与召回技术论坛在重庆隆重召开。本届论坛以“智能新能源汽车全产业链安全与技术创新”为主题,汇聚120家政府机构、事业单位、科研院所以及整车和零部件企业等行业翘楚权威论道。其中,在10月21日举办的“智能汽车产业链安全与技术创新”专题论坛上,上海智能新能源汽车科创功能平台有限公司总经理缪文泉发表了核心为《服务于燃料电池产品研发的测试评价技术体系研究》的精彩演讲。以下内容为现场演讲实录:

电池,第三届中国汽车安全与召回技术论坛

上海智能新能源汽车科创功能平台有限公司总经理 缪文泉

今天所有人在谈技术,只有我没有谈技术,我就谈测试评价的体系怎么构建。

谈到燃料电池,大家第一件事情就说丰田很厉害,但从我的角度上来看,燃料电池第一个要解决的问题是能源的来源问题。大家都知道,氢不是一次能源,它必须通过别的东西转化,为什么我们现在明确看好燃料电池汽车可能进入到市场化的阶段,实际上是基于氢可获取。大家都知道全球都在减排,中国现在做出一个新的承诺,到2060年中国的碳排放、碳综合零排放,这就对中国来说特别重要,中国现在每千瓦时碳排放好像是60,到了2060年的时候我们要降到10克二氧化碳排放。所以说没有光伏和风电这样的可再生能源的产业化,燃料电池产业化没有能源技术就没有太大的意义。

从燃料电池的路线图可以看出,交通领域可能是一个新发的领域。国际氢能委员会预测,2050年氢占能源消费的18%。大家都知道最近国家部委发了一个燃料电池城市示范的项目,这个项目为产业化打了强心针。如果每一个申报成功的城市国家最高可以给17.7亿,那么地方一配套加起来就是50多亿来支持这个产业。国家目标是2050年占据汽车总量,为什么要建这个体系?因为开始有市场了,开始有工程化的服务需求了。

从燃料电池来说,很多都在谈检测机构。对于我们来说,我们聚焦在工程测试服务,也就是产品开发过程中的工程测试服务。因此,我们就需要研究燃料电池衰变和寿命关系,在各种工况下奠定性能衰减固化过程是怎么样的。燃料电池严格来说是新的设计系统,涉及到材料制备方面,这是一个很大的循环,反复迭代才能做出这样一个东西。

我们从燃料电池测评体系来说,它的体系与构成包括核心材料与器件再到单体电池,从单体电池到电堆,还有燃料电池发动机和零部件,最后是燃料电池动力汽车,再后面是燃料电池整车等等。

这个图比较明确地表述出来,我们可以从产业链一直到整车会有这样的过程,堆内零件,堆配件,发动机部件,整车。从材料来说会有哪些测试需求?需要材料跟器件形貌分析的能力。我们归纳一下在纳米点的活性包括一些元素的分析,包括三项界面在100纳米层面分析三项界面,再往下降催化剂的载体。这是形貌这一块。同时和形貌所匹配包括电化学特性。电化学总结有三个,催化剂活性和耐久性,涂层耐久性,电流分区,在线阻抗等等。

这个图把前面的东西罗列了一下,我们可以看看它大概用的技术手段,包括大型的科学仪器等等之类到路演都要看。这样的观察实际上主要服务于产品开发。刚才是一个比较笼统的说法,我们接下来看看电化学材料这一块我们研究最关注什么东西,包括我们对纳米这个层面的材料验证与控制,在纳米层面我们对这些材料的精密的制备,还有静态表征的测试和分析。举一个例子,比如说膜电极的电化学特性,它的阻抗特性怎么控制。包括极板、催化剂、质子交换膜的微米、微米涂层和纳米界面工艺工程等。从材料往上走,走到单电池,就是标准单电池。我们接下来关心膜电极、标准单电池和电池单元的电化学特性测评。我们在这个地方要把各种材料组成单电池的表料表征测出来,工作条件也要筛选,比如说我在60度工作,60度工作的时候性能怎么样,90度工作性能怎么样,我启停时候怎么样,我高速性能是什么特性,就是把实际工况通过在标准单电池上进行一次演示,确定材料的匹配特性,为今后电池开发做一个基础。

从单电池往下就是单元电池,单元电池是电堆的基础,电堆可能200片,它是其中一片。这些单电池共需要验证,单电池回过头来把整个电堆实际情况要进行验证。从开发电化学角度来说,如果建立完了以后真正做的时候说实在一点就是水道管理,怎么开始加湿或者怎么加湿度,产出来的水怎么排掉。燃料电池一片电池厚度大概是1.3毫米左右,其中有两片金属片,两个气道,一个水道等等东西要结合在里面,在这么大面积里面所以它的流场是需要验证的。

单池到短堆的时候。现在有些双级板成型以后,有些说电镀20层,所以这极电镀很难的,双极板一般是0.5毫米以下,我们现在知道有最新双级板可能做得更薄,对于燃料电池来说每一个平方厘米电流是一定的,下来要区分的是什么?就是我们刚才说的厚度。短堆这边要把完整的控制机理做出来。功能验证,零部件条件敏感性要做测试,比如说加工一致性检验,工况适应性和耐久性研究。

我们这里有不同工况,有不同温度,通过这样的机理我们在多物理、多尺度地去分析燃料电池电堆,同时为加速老化做试验。燃料电池耐久性如果没有加工试验,加工试验在不同温度条件下,不同的近期压力和背压等等使用条件环境下进行试验。

再后面就是发动机和动力系统,这个地方包括关键部件和子系统。燃料电池说白了一句话就相当于充电宝,车上有一个锂电池,锂电池是以化学能力方式存储在里面,燃料电池就放在旁边,跟发动机一样,发动机转起来处理它把氢放进去。我们也可以理解为复合电源,最后是动力系统。动力系统对于燃料电池要求特性比较高。在动力系统的时候它需要有技术验证、匹配设计、模式控制、驱动控制等等,所以它要构成这样的循环。

接下来是整车。刚才说了那么多东西,跟法规论证没有什么关系,全部是和服务开发的关系。我们从产品角度来看,从道路车辆法规论证这个维度来看,燃料电池涉及两个方面,一个《公告》,一个是CCC,但是从市场产品监管论证来看可能涉及到缺陷产品召回管理。我们把前面东西理一下,包括安全性、能耗、动力性、电池兼容包括NVH。我们希望通过前面提炼出一些基于材料的研究方法,这个在全世界是通行的,只不过他们不作为法规,美国、日本、欧洲都有一整套产品开发过程当中测试零件需求。

接下来介绍一下我现在的单位。我原来在机动车检测中心(上海),工作了33年,现在在新单位,上海智能新能源汽车科创平台。这个单位主要是政府投资,政府给了5.5亿来做的。上海科创代表政府来监管,就这样一件事。我们是本着“存量共享、增量补缺”的原则建立起来的。

由于时间关系,我说得可能逻辑性不是太强,就跟大家分享这么多,谢谢各位!

(注:本文根据现场速记整理,未经演讲嘉宾审阅,请勿转载)

本文地址:https://auto.gasgoo.com/news/202010/22I70222935C601.shtml

文章标签: 电池

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