江苏凌氢新能源科技有限公司技术总监王少华作主题演讲

8月25日，由中国电池工业协会、电池中国网联合主办的“2023氢能与燃料电池技术及应用国际峰会”在中国上海隆重举行。

江苏凌氢新能源科技有限公司技术总监王少华作题为《燃料电池系统环境可靠性试验研究》的主题演讲。

以下是发言内容实录，未经嘉宾审阅：

王少华：我今天分享的内容主要分三个部分：

第一我国燃料电池行业的发展状况；

第二氢燃料电池可靠性研究中的几个问题；

第三凌氢在环境可靠性测试领域研究的成果。

众所周知，我们国家新能源汽车行业主要是有两大方向，一个是电动化，还有一个是智能化。电动化实际上需要耗电耗能，而目前对于新能源行业我们国家向世界承诺的双碳目标实际上是对这个行业的一大推动，根据我国目前的能源结构来说，不管是工业用电还是居民生活用电，主要用的都是网电，而网电实际上就是百分之六七十是烧煤炭，烧煤炭就会产生大量的二氧化碳。在座的都是理工科的，对于我们的燃料来说主要就是碳氢氧，要想降碳实现碳中和的目标，我们就可以通过增加氢的燃料的比例就可以，所以氢能源就成为了一大发展趋势。

目前各国对新能源电池整个研发也可以看到，不管是国家大的投资也好，还是说一些企业的涌入，新兴的企业或者是整个行业的一些投资热潮，我们也可以看到氢能源实际上是大家比较热衷的，也是后期很大的发展方向。

这个表是我列举的近几年，一些国际上对这个行业氢能源电池、燃料电池这个行业发展的时间节点还有主要的事件。具体涉及到我们国家，汽车这个行业已经开始形成了投资热潮和研发热潮，同时有大量的技术创新企业也纷纷涌现，示范运行也陆续启动，国家整个产业政策还有技术标准也在日均完善。

从燃料电池汽车技术研发的流程来看，主要是从原理研究、材料研究、性能研究再到多场景的应用，然后在整个研发链条中可靠性研究是非常必要的。

首先可靠性研究第一是能够对于我们的产品研发这一块、性能研发是有很好的检测测试的流程标准，同时作为我们的市场准入来说，我们可靠性的研究也是一定要做的，因为只有经历了可靠性研究的产品，确定是没问题了才可以装车，大范围的推广应用，所以我们可靠性的研究也是必须要去做的工作。

我们燃料电池这个行业发展，刚才也提到了对于可靠性研究是整个产业发展必然路径，同时也是行业发展必然的需求。说到这里我可以举一个例子，其实早在100多年前，已经有一种技术叫氢能飞行器，以前就有这样的产品，但是他由于缺乏可靠性的研究，最终被终止了因为它研发出来以后，飞上天以后发生了爆炸，从此就觉得这项技术是不成熟的，实际上这完全是一个偶然事件，是一个突发事件，但是就是因为他没有做可靠性的研究，整个世界放弃了这样一个很先进的技术，导致目前我们现在再去发展氢能源，实际上已经被之前落后了一百年的时间，所以说可靠性的研究也是产业化发展必然需求。

同时各个企业尤其是近三五年间，燃料电池系统或者是燃料电池电堆研发型的企业，如雨后春笋一般喷涌而出，为了避免企业的同质化竞争，还有技术内卷化，所以我们可靠性这一块也是对不同企业都是有要求的，这个也是竞争的基础。

同时，只有经历了可靠性的测试以后，才能被广大的消费群体所接受，所以这个也是一个急需的一项研究。

讲到可靠性研究，实际上是分了几个方面，首先第一是氢安全泄露方面的研究，因为氢气是不同于其他的气体的，因为氢气实际上是一种最小的原子，很容易发生泄露，所以对于氢能的电堆也好，整个系统管路也好，实际上是要求非常高的，所以说通过这样一个泄露方面的研究，保证安全性。

第二热学研究—全温区。因为我们最终研发的系统也好、电堆也好，最终是要装车的，要运行在整个全国范围内或者是世界范围内，有这样一个运行的条件，所以刚才戴老师也分享了，他要有高温、高寒、高湿、高原所有的条件，我们都要满足它，所以这个实际上也就是全温区的概念，再就是电学研究全功率。因为我们知道燃料电池原理实际上是电化学反应，而对于电化学反应来说，正常的电功率效率是可以达到50%的效率，也就是说对于释放1500千瓦的电系统来说，会在环境中有将近100千瓦大的散热量，这个实际上就是它的功率是比较大的。

我们从无人机或者是电动车非常小的几千瓦的系统，然后一直到我们的货轮，目前可能是比较大的，有400、500千瓦甚至上千千瓦整个功率的要求，刚才有个博士也分享了，功率我们越做越大，所以说这种情况下就需要我们做一个全功率的电学研究测试。

再就是全工况，这个不用说了，我们都比较好理解，因为车辆运行的工况是非常复杂的。讲到氢安全，我们先分享这块，氢安全实际上也是有两个方面，一个是氢气的安全，还有一个方面是电池特性的安全，因为我们传统的发动机可能只有24伏的供电，但是对于燃料电池可能从400伏、500伏、600伏这样一个区间里，所以它的电安全也非常的重要。

刚才讲了氢安全，再加上这个电安全形成了一个完整的燃料电池系统的安全性，当然主要是有以下五个方面：

第一，材料安全防护。

第二，元器件安全防护。

第三，氢系统安全防护。

第四，温度监控防护。

第五，碰撞安全防护。

这是整个我们安全方面需要研究的一个内容，这个是我们讲做一些测试，安全方面的一些测试，首先要满足一些被动服务的测试，什么是被动测试呢？就是说我们负责盖章的检测中心对这种OEM批量生产的零部件，我们要有一定的测试，这个实际上就是它的一些测试标准。

同时对于我们企业做研发来说，除了一些准入的标准或者是装车的标准以外，还需要对我们自己研发的产品进行更加复杂的、更加适用性比较强的产品研发，所以实际上对于氢安全这一块实际上需要做很多的工作。

我们常见的安全系统缺陷，主要是以下几个方面，首先是缺乏涉氢安全、涉及理论体系的指导，这个实际上比如说我们对我们的产品，什么地方它容易发生泄露，哪个位置容易发生泄露，氢泄露了以后它会聚集在什么样的空间范围内，可以说这些实际上都是需要我们对理论进行一个研究以后，才能得出。

因为这些会涉及到氢安全的布置位置，我们氢排放它的布置位置，通过这些理论的研究，氢气扩散理论的研究，指导我们实际的一个产品设计。然后就是未进行涉氢安全顶层设计，这个说的面就比较大了，因为我们讲氢安全，从制氢、储氢、运氢整个一个环节，它实际上都要有这样一个顶层安全性的设计思想。

对于传感器的一个种类，分布缺乏系统性的安排，这个就是刚才我讲的，我们对于我们的一个系统来说，实际上有氢温度传感器，有温湿度传感器，包括有压力传感器，整个通过这样一种传感器的布局，然后通过我们的一个执行器的数字化的处理，我们更好的能实现我们的这样一个安全系统。

再就是对故障信息缺少分析和处理能力，这个主要是因为这个行业本身发展的实现，相比于传统发动机来说实现比较短，所以我们这方面不管是知识的缺乏，还是人才的缺乏，包括常规遇到的一些问题的分析和处理，我们实际上还是缺乏这方面的一个能力，当然我们也一直在发展，这方面也一直在补这块的东西。

再就是对系统应急响应不能形成联动，刚才几位博士都已经分享过了，对于我们氢燃料电池系统来说分了4个系统，一个是空气供应系统，氢气供应系统，热管理系统，还有电子控制系统，这4个系统它是相互独立，同时也是相互关联的。

我们怎么去通过一个氢气的泄露，会影响到哪些系统的运行，同时怎么去形成一个集联动的方式，这个全温区比较容易理解，因为氢燃料电池实际上和其它的几个电池最大的区别，它有自己的特殊之处，也有它很多的优点：

第一，能量密度高，清洁指数高，安全性好，续航里程也比较长，这个是比较好的。同时加上涉及到一个冷启动，相当于是不同类型的电池，它的温区不一样，这个全温区对于整个全球范围内温度状况是不一样的，所以有一个温区的实验要求，它的意义主要是第一指导燃料电池系统开发，第二是寻求燃料电池电堆合理的内外温度运行，然后减少热失衡故障，提升燃料电池系统安全性，为冷启动方案提供依据。

全功率刚才提到了，就是说我们从几千瓦的一直到上千千瓦整个功率范围内，实际上我们整个的是在不同的功率范围时候，我们的系统它的实际输出状态，实际上是需要我们进一步研究的。

在这个全功率范围内，实际上最大的一个就是散热量的问题，同时还有热湿控制和整个空间的流程合理性布局。全工况实际上就是对于车辆不同的运载工况，我们不同的时候有不同的工况要求，这就要求我们在测试的时候，第一快速响应，同时散热量和湿热控制、姿态模拟这样一种工况的要求。

总结一下，主要有以下六个方面对于可靠性研究来说，有六个方面的问题需要我们去解决，需要我们去处理。

第一，缺少大功率氢的实验仓。

第二，不能解决动态散热的问题。

第三，仓内温场、流场紊乱。

第四，氢安全问题困扰行业发展。

第五，无法实现姿态变载动态模拟。

第六，缺少多种工况的模拟能力。

应对以上主要的4个问题，我们凌氢在环境可靠性测试领域主要的一些研究成果：

第一个是开创了风动式燃料电池环境仓的先河，主要是以下四个方面，环境仓内实现风动式平均流场，增加了氢气分离扩张段，实现了氢气分离，通过可调试适量风口的设计，实现气流准确供应。

第四个是分布式微流道的设计避免氢气逐步聚集。第二个成果是氢安全体系化整体安全解决方案，第一是安全举证再加上四级联动的方式实现的。

第三个研究成果就是开发了燃料电池冷启动内循环系统，主要是模拟氢样件在低温环境下进行冷启动实验还有可靠性的测试。

第四个解决了系统加载动态响应的问题，主要是载冷系统蓄能技术还有冷热动平衡控制技术。

第五个持续稳定的协同供应，再就是整仓以及低气压这样一个气压模拟，由于时间我主要就是具体的技术就不展开，我们凌氢公司也是一直致力于测试行业的发展，公司虽然时间不长，我们也提出了很多非常有价值的技术迭代和更新，感谢各位，我的分享就这些，谢谢。