中汽中心郭婷：國內外燃料電池汽車關鍵測評技術的研析
中國汽車技術研究中心有限公司平臺總監郭婷做主題演講
8月25日，由中國電池工業協會、電池中國網聯合主辦的“2023氫能與燃料電池技術及應用國際峰會”在中國上海隆重舉行。中國電池工業協會理事長劉寶生、中國工程院院士彭蘇萍、中國科學院院士孫世剛、上海市嘉定區副區長李峰等出席峰會，來自行業主管部門、高校、科研機構和產業鏈知名企業，以及外賓代表共300余人與會。
中國汽車技術研究中心有限公司平臺總監郭婷在會上作題為《國內外燃料電池汽車關鍵測評技術的研析》的主題演講。
以下是發言內容實錄，未經嘉賓審閱：
郭婷：各位行業同仁大家上午好，很榮幸今天站在這里跟大家分享一下我們團隊所做的一些工作，今天我所分享的題目是《國內外燃料電池汽車關鍵測評技術的研析》。
我將從4個方面來說，首先我們看一下目前燃料電池整個的示范運行發展現狀。
燃料電池其實是我們汽車能源戰略以及我們雙碳政策的一個重要支撐，目前其實是采取示范運行的支撐政策，已經有五大示范城市群，41座城市納入我們國家的燃料電池示范城市運行中心，從2019年開始就實行了一個最高額的補貼狀態。
我們把最高的購置補貼轉化為示范支撐的政策，目前實施的政策來講我們主要也是集中于四大方面，分別是構建產業鏈，促進研發的產業化，在這個方面我們其實是以龍頭產業為重要支撐，大力發展關鍵的核心技術和整車產品，實現一些重大的突破。
第二點，我們開展新技術、新車型示范，完善關鍵技術和測試評價標準，在這個方面我們是在不斷的尋找燃料電池汽車的示范應用場景。
第三點，探索商業模式，提高經濟性，在這個方面我們重點其實是找到能夠持續給燃料電池汽車提供穩定低成本的氫源。
最后一個方面，完善政策制度的環境，不單單從加氫站，也從我們的氫源入手，從整個燃料電池汽車的示范運行入手，來開展相關的政策支撐。
在政策的支撐下，目前已經在四大領域取得關鍵的技術進展，首先在技術的創新領域，我們目前已經逐漸掌握了自主知識的創新能力，掌握了關鍵燃料電池電堆、雙極板、空壓機等核心的技術，在碳紙和催化劑的方面也在逐漸的加速突破。
在車輛的應用推廣領域，銷售額也在直線上升，據不完全統計已經超過了1.5萬輛這樣的數量，燃料電池也從單純的公交車場景，拓展到物流車和重卡應用場景。
第三，氫能供給，累計的加氫站我們已經有將近400余座，很多的城市也正在將氫能作為能源管理，并且不斷的去加快加氫站的審批和管理辦法。
最后一個就是支持政策，政策體系和制度環境都在逐漸的完善，包括我們從國家級和省部級等等都開始去報批各類型支撐的政策去推動燃料電池示范運行發展。在未來增加燃料電池的車型和應用場景，規范化降低成本，提速氫能供給模式，政策持續支撐，將助力我國成為最大的燃料電池汽車市場。
在政策方面，長期看來需要建立氫能及燃料電池汽車協同發展的政策支撐體系，目前規劃的將會從研發的驗證和推廣應用、安全監督、加氫站的建設等多個角度，共同推動。從車輛的應用場景來講，也逐漸的去尋找中途場景和遠途場景，能夠快速的加大燃料電池啟動推廣力度的一些應用場景。
第三，規模化的成本和核心技術的國產化，是我們降低成本最重要的方式，無論是從政策的支撐和產業龍頭企業的加大創新技術力度，都會促使我們成本的降低。未來我們將會實現能夠與燃油車相媲美的狀態。
目前我們中汽中心是作為燃料電池示范運行的第三方支撐機構，全面支撐了財政部等五部門完成示范運行政策的研究、起草、解讀和示范城市群的評選工作，并建立了國家氫能及燃料電池示范監控平臺，目前接受平臺的燃料電池汽車車輛已經超過5000輛，加氫站超過70做，制氫企業有30余家。
第二個方面，我們來回顧一下國內外標準法規現狀的一個體系，產業的推動離不開標準的推廣，在國際領域我們其實目前還是以三大性能為支撐，包括安全、性能、燃料，包括我們在幾大的研究標準機構，GTR還有SAE、ISO等等，他們都在不同層級的去支撐燃料電池汽車的標準化發展。
值得一提的其實是在國際上認證，還是以整車加汽評為主，而我們過么其實還多了關鍵核心零部件的支撐，這樣才能推動我們自主知識產權進一步的擴大。縱觀我們的國家標準，目前其實是以兩條腿走路，第一條是基于燃料電池現有的結構特征，正在制定多項整車接口使用等方面的標準法規，已經發布的有15項，在研標準16項，預研標準4項。
包括我們預計今年能夠發布的冷啟動，以及它的一些動力性等等，我們在研的也包括最重要的一個布局，包括一些碰撞后的安全要求，以及我們加氫通訊協議等相關領域的布局，同時我們第二條方法，其實就是在現有的國家標準當中，修訂的過程中將燃料電池的部分修訂到國家標準當中，能夠全面的鋪開燃料在各個角度方面的一個國家標準的應用。
包括我們正在預研的一些項目，碳足跡還有一些戶賬模式的一些推廣等等，都將燃料電池的部分修訂在其中，所以能夠使我們快速的推動國家標準的發展。在國家標準的布局下，團體標準和地方標準緊隨其后，遍地開花，迅速補充燃料電池在發展過程中的測評體系，覆蓋整車氫系統、系統、電堆、材料等等，我們從燃料電池的開發到應用，到后面的一個標準化等等，都會有各大的學會和協會進行共同的推動，迅速補充我們在產業化發展過程當中的一些標準推動。
第三方面，跟大家分享一下目前燃料電池關鍵測試技術解析，我們團隊其實重點在搭建全車型、全場景、涉氫的燃料電池汽車的測試評價領域，關鍵的測評技術，以四大平臺為支撐，分別是安全性平臺、經濟動力性平臺、可靠耐久性平臺，以四大平臺為支撐，分步驟去進行技術完善、技術優化、拓展和創新，滿足我們研發和全生命周期的一個測評體系。
在安全性方面，結合實際的運用場景解決氫安全、電安全、高壓按照在使用前、使用中和使用后的周期性評價，氫安全是燃料電池關注的重點，目前基本的安全要求已經是作為納入強制性的標準法規，但是我們目前不僅僅局限于氫氣的泄露、排放等等，我們還應該對燃料電池汽車進行階段性的氫安全檢查，包括關鍵的傳感器、高壓管路進行安全性的檢查，保證我們燃料電池汽車持續安全有效進行。
第二個方面，在電安全領域，會更加關注在電量消耗，動態電平衡等相關工況下的電安全的一些實現，在高壓安全領域我們主要集中在兩個方面，一個是加氫安全，一個是碰撞安全，其中碰撞安全標準也正在研制，預計近兩年就會實現發布，現在正在積極的進行研討過程當中。
在經濟性方面，預祝今年也是會發布燃料電池汽車的續航歷程和能量消耗量的測試評價標準，在這個過程當中我們現階段已經把燃料電池汽車分別A類車型和B類車型，根據燃料電池和動力電池能量的占比，我們將它分為A類和B類，在即將發布的國家標準當中，我們已經很明確的將A類車型，也就是俗稱全功率車型，采用外接法進行快速的續勢里程評價，但是根據我們市場上存在的更多的電電混合動力的商用車的燃料電池車型，還沒有提出相關快速的評價方法，所以我們的團隊正在研究這部分的內容，未來也一定會是一個研究的領域和方向。
我們提出也是采用中國工況的方法，采用6個循環分別進行純電和混動模式的測試，采用氫電折算的方法計算續勢里程和氫耗，這樣的方法不但可以采用自供氫的方式，也可以大大地降低測試的成本。
經濟消耗量其實是評價燃料電池汽車關鍵的指標之一，常用的方法我們一般會想到的就是流量法、溫度壓力法和質量法，但是這三種方法其實在使用過程當中，不但會增加我們的測試成本，也會使測試的安全會有一定的風險，所以各有優劣，為了更好快速準確的測試氫氣 消耗量，我們提出了以尾排當中的氫氧質量守恒的方法進行氫耗的測試，這種方法簡單來說就是測量廢氣當中的氫氧的濃度、體積濃度、流量等等，通過這種方法進行計算，目前該方法已經完成設備的開發和理論的研究驗證的階段，正在廣泛的征集行業的意見，立項了團體標準，這個也是希望行業當中能夠共同參與，這個就類似于碳平衡法測友好，能夠大大降低實際操作過程當中的難度，也能夠使我們的成本下降。
第二個方面溫度場景我們知道，電池電化學反應受溫度的影響很大，我們率先研究了高壓部件和低壓部件在不同的工況領域下能量流的解析，為了更好的測試他在不同的高溫場景和低溫場景經濟性的指標，我們也做了十幾款的燃料電池汽車，對他高溫和低溫的經濟性與常溫進行對比，我們發現其實在低溫場景和高溫場景下，他的氫耗的指標是遠大于我們在常溫的指標，未來我們也會在這個方面持續的加大力度，提出我們高溫和低溫情況下、場景下對燃料電池、氫氣消耗量和續勢歷程全工況能量流解析，同時低溫場景和高溫場景，也同樣影響著燃料電池汽車的動力性。
下一方面我們講一下可靠性，提高燃料電池可靠性是燃料電池汽車商業化的必經之路，我們從兩個層級去布局可靠性測試評價方法的發展，第一個是從整車層級，目前其實大部分車企用的可靠驗證都是基于我們燃油車和電動車制訂的一些方法，但是針對燃料電池基本特征，比如說電堆、車載氫系統等等，并沒有依托它關鍵核心部件，開展相關的耐久性可靠性的測試，所以我們基于這樣的場景下，通過社會路面和實驗場的用戶關聯的分析，建立了面向電堆、空壓機、車載氫系統核心部件的建立，使他能夠在燃料電池在實驗場進行加速可靠性的驗證，在此過程當中我們選取的是安裝強相關的連接點作為重要的輸入點，包括燃料電池系統電堆的懸置等等，核心的零部件也包括DCDC、車載氫系統，也包括氫瓶支架，以及一些關鍵的高壓閥件。
目前其實已經完成了四類車型在全國示范城市群的載荷譜的采集，并完成了相關的用戶關聯分析，也立項了我們團體的標準，未來將會實現燃料電池不同的車型在實驗場加速耐久可靠測試評價方法。
第二個層級，我們在可靠耐久性是實現對零部件的考核，也是基于等損傷的原理，我們建立了燃料電池汽車典型部件的方法，我們利用五步法分別進行三大系統的燃料電池加速耐久PSD譜的編織，分別通過已經采集的載荷譜的數據，進行語流技術外推、疲勞損傷譜、沖擊響應譜的計算，進行抬價加速工力目錄譜的制定和校驗，初步已經通過采集四類的車型示范城市群的振動載荷譜，我們推導出來核心零部件、電堆、車載氫系統抬價方案，我們后續會持續加大采集力度，會優化我們抬價的方法。
第四，從環境適應性講起，已經經過了幾年的時間，我們目前燃料電池的關鍵技術、低溫冷啟動技術，已經大部分能解決，并且能夠實現-30攝氏度冷啟動的能力，為了更好的實現高溫和高原的場景，我們一直在布局實驗場和實驗室雙重的能力，特別是加氫和充電的實驗能力，滿足我們全溫度場景下的測評分析，實現環境工況的有效輸入。
隨著電堆功率的上升，目前其實都能夠達到100千瓦級以上，大部分還有一些能夠達到200千瓦級以上，在功率上升的同時，熱平衡能力已經當前重要解決核心技術問題。
為了解決這樣的測試評價的問題，我們聚焦兩個方面，一個是提出燃料電池有效的測試工況，包括我們提出了燃料電池最大的輸出功率的工況作為重要考核工況，第二個是我們提示的城市工況作為綜合的考評工況，同時我們也關注一些測評的指標，特別是熱平衡的時間電堆、進出水溫度等核心的指標用來評判，所以采用最高車速的運行時間，最高的運行功率以及最長的穩定時間三大指標，來評價熱平衡，目前通過我們的測試結果，也發現大部分的車輛都是通過限制功率滿足溫控的需求，但是如果是在一定的溫度40攝氏度或者38攝氏度以上的場景，那么它的動力性也會受到影響，所以這個是我們未來需要解決的關鍵核心技術之一。
最后燃料品質和空氣品質的測評技術，在這個方面我們知道其實不同的制氫方式和不同區域空氣品質是不一樣的，相應的每種帶來雜質的問題也會有不同，雜質的問題對長時間穩定運行的燃料電池汽車有一定的影響，但是對于目前來講燃料品質首先分析就沒有特別全面，正在逐漸地建立全面的分析體系，同時對單一雜質對耐久性的影響也不清晰，所以為了解決這個問題我們需要加強國際合作，搭建高精尖的測試能力，明確不同的雜質對耐久性的考核問題。
通過現階段測評技術的問題，我們也對未來燃料電池系統關鍵技術進行研判，燃料電池汽車的新技術、新功能，也會提出新的使用要求和測評要求，我們歸納為四大方向。
第一個全氣候高效的使用技術，在這個方面我們重點去解決熱泵空調技術，還有保溫技術、動力電池自加熱技術。燃料電池低溫冷啟動很大一部分原因不單單是燃料電池本身的原因已經解決，但是很多動力電池在低溫下沒有辦法提供有效的能源，其實是暴露出來新一輪的問題。
第二個全工況下高壓的安全性問題，在這個問題當中，我們技術會更加關注安全設計、監控系統以及絕緣防護。
第三個方面全生命周期的可靠性技術，我們更加關注系統集成、控制器、可靠性、全場景的可靠性的驗證體系。
第四個低碳的節能技術，我們會逐漸地完善能量的控制策略還有輕量化技術、高效熱管理技術。
我們通過提高集成設計、優化控制策略，搭建全面的驗證體系，基于用戶在真實的用車場景，聚焦整車關鍵性能，開展主客觀的測試評價，全面解決燃料電池汽車的技術創新。
最后一部分，也就是我們中汽中心其實在為了推動氫能和燃料電池的發展，我們也做了很多人力和物力的投入，新能源汽車科技創新基地是我們中汽中心近年來投資最大、建設規模最高、技術能力最強的項目，已經于2022年投入使用，其中包括我們國內最大的氫能及燃料電池汽車零部件的實驗基地，以及我們整車的實驗基地全面大作國家級的燃料電池的測試評價、技術服務、質量監督和認證認可的平臺，我們的目標其實是建設成為國內領先、世界一流、服務于燃料電池汽車全研發流程、產品鏈、全生命周期和全應用領域綜合技術服務基地。
我們整個服務基地是有四大平臺優勢，第一國家氫能及燃料電池示范監控平臺，實時掌握整個示范平臺的數據。第二就是中國工況的數據庫也為我們燃料電池測評和關鍵技術的解析提供了一定的支撐，第三個方面全國的標準化技術委員會以及我們硬件一流的涉氫創新實驗基地。
我們為了能夠打造全車型、全場景涉氫的研發驗證平臺，我們從軟硬件分別滿足驗證的實力，軟件上我們在不同的平臺上根據關注的指標，去布局我們測試評價方法和測試評價技術的布局，我們目前也搭建了涉氫的輕型、重型轉股環境倉，就是為燃料電池汽車全新的整車的驗證作為重點的攻關，以及我們氫耗的設備和尾排的設備也具有多項自主知識產權。
上述就是我們實驗室一些關鍵整車級設備的一些展示，也歡迎各類同仁能夠有機會到我們中汽中心進行交流，以上就是我的全部匯報，謝謝主辦方，謝謝行業同仁。
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