2020年12月23日，中國(guó)汽研成功舉辦《2020第三屆新能源汽車(chē)測(cè)試評(píng)價(jià)技術(shù)國(guó)際論壇》。中國(guó)汽研將連續(xù)為大家推送精彩演講實(shí)錄，本文為中國(guó)汽研新能源汽車(chē)中心副主任鄧波帶來(lái)的《氫燃料燃料電池電池汽車(chē)測(cè)試評(píng)價(jià)技術(shù)探討》。

01 氫氣特性與安全應(yīng)用

氫能是一種來(lái)源廣泛、清潔無(wú)碳、靈活高效、應(yīng)用場(chǎng)景豐富的二次能源，是推動(dòng)傳統(tǒng)化石能源清潔高效利用和支撐可再生能源大規(guī)模發(fā)展的理想互聯(lián)媒介，是實(shí)現(xiàn)交通運(yùn)輸、工業(yè)和建筑等領(lǐng)域大規(guī)模深度脫碳的最佳選擇。國(guó)際氫能委員會(huì)（Hydrogen Council）預(yù)計(jì)，到2050年，氫能將在全球能源中所占比重有望達(dá)到18%，同時(shí)氫能的應(yīng)用將減少60億噸二氧化碳排放，有效推動(dòng)能源結(jié)構(gòu)向清潔低碳化的轉(zhuǎn)型。但是氫氣的燃燒范圍廣、點(diǎn)火能量低等物理特性為氫能的應(yīng)用帶來(lái)了安全風(fēng)險(xiǎn)。

2019年以來(lái)發(fā)生多起氫安全事故，事故發(fā)生在儲(chǔ)存、運(yùn)輸、加注等環(huán)節(jié)，對(duì)氫安全問(wèn)題進(jìn)行分析后發(fā)現(xiàn)主要是密封設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)不完善、設(shè)備操作規(guī)范不健全等方面的原因?qū)е铝耸鹿实陌l(fā)生，因此，如何保證用氫安全對(duì)氫能的大規(guī)模市場(chǎng)化推廣至關(guān)重要。針對(duì)涉氫安全問(wèn)題，總結(jié)出4點(diǎn)建議：防（部件防爆選型；產(chǎn)品、機(jī)組及試驗(yàn)設(shè)備等正確接地；涉氫環(huán)境入口處設(shè)置靜電釋放設(shè)備；制定試驗(yàn)安全規(guī)范）、測(cè)（對(duì)涉氫試驗(yàn)環(huán)境，綜合濃度檢測(cè)方式和探測(cè)器測(cè)點(diǎn)布置，對(duì)室內(nèi)氫氣易泄漏和易聚集區(qū)域進(jìn)行檢測(cè)，并配備相應(yīng)聲光報(bào)警器）、排（設(shè)計(jì)不同級(jí)別氫氣濃度報(bào)警功能，同時(shí)搭配相應(yīng)強(qiáng)排風(fēng)裝置，在氫氣濃度檢測(cè)報(bào)警系統(tǒng)不同報(bào)警等級(jí)下采取相應(yīng)措施）、滅（配置火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)控制的滅火系統(tǒng)；發(fā)生火災(zāi)時(shí)，立即切斷電源，組織人員往外撤離，定期檢查操作現(xiàn)場(chǎng)的應(yīng)急裝備）。燃料電池汽車(chē)（FCEV）是氫能應(yīng)用的示范窗口與重要載體，所以FCEV的安全測(cè)評(píng)尤為重要。

02 FCEV整車(chē)測(cè)試評(píng)價(jià)

燃料電池汽車(chē)作為國(guó)家能源戰(zhàn)略的“三縱三橫”之一，與混合動(dòng)力汽車(chē)、純電動(dòng)汽車(chē)存在結(jié)構(gòu)差異，體現(xiàn)在儲(chǔ)能系統(tǒng)、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、補(bǔ)能方式及電氣系統(tǒng)等方面，因此FCEV需要制定特定的測(cè)試方法。FCEV的測(cè)試內(nèi)容依然圍繞動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性、安全性、環(huán)境適應(yīng)性、行駛特性來(lái)進(jìn)行，只是測(cè)試方法和評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)與傳統(tǒng)燃油車(chē)和純電動(dòng)車(chē)等有所區(qū)別，以下將舉例說(shuō)明。

經(jīng)濟(jì)性測(cè)試方面，F(xiàn)CEV除了要測(cè)試整車(chē)純電模式下的電耗以外，還要對(duì)燃料電池啟動(dòng)情況下的氫耗進(jìn)行測(cè)試，而氫耗測(cè)試的方法各不相同，有壓力溫度法、質(zhì)量分析法、質(zhì)量流量法，目前國(guó)內(nèi)常用的方法是質(zhì)量流量法，同時(shí)對(duì)氫耗的測(cè)試還要考慮行車(chē)工況和環(huán)境的影響。氫氣消耗量分為理論消耗量和實(shí)際消耗量，兩者的比值反映了電堆的燃料反應(yīng)效率，燃料反應(yīng)效率越高，說(shuō)明燃料電池的氫氣尾氣排放量越少，才能保障氫氣的安全排放。氫氣排放量測(cè)試，氫氣排放標(biāo)準(zhǔn)要求3秒內(nèi)的氫氣尾排濃度平均值不能超過(guò)4%，瞬時(shí)最高值不能超過(guò)8%，另外，氫氣排放量測(cè)試需要考慮做氣水分離，這樣可以保障氫氣排放測(cè)試精度。氫氣排放既反映了燃料電池汽車(chē)的經(jīng)濟(jì)性，也關(guān)系到整車(chē)安全性。

安全性測(cè)試方面，燃料電池汽車(chē)車(chē)載氫系統(tǒng)的安全是大家關(guān)注的重點(diǎn)，以前大家都關(guān)注車(chē)載氫系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度安全，也就是耐高壓測(cè)試，實(shí)際上在真正使用過(guò)程中，電堆的返潮會(huì)腐蝕車(chē)載氫系統(tǒng)從而導(dǎo)致漏氣，所以在車(chē)載氫系統(tǒng)的測(cè)試中，還需考慮車(chē)輛使用過(guò)程中的結(jié)構(gòu)可靠性。除了腐蝕性外，車(chē)載氫系統(tǒng)的碰撞安全值得重視，我國(guó)燃料電池汽車(chē)的推廣主要以客車(chē)、重卡等商用車(chē)為主，歷年來(lái)，重型車(chē)導(dǎo)致的交通事故雖然少，但是產(chǎn)生的損失占比卻最高，通過(guò)側(cè)翻試驗(yàn)，檢測(cè)車(chē)載氫系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)安全性，為車(chē)輛碰撞安全設(shè)計(jì)提供參考。

在低溫條件下，燃料電池電堆內(nèi)部殘留水凝結(jié)會(huì)阻礙氣液傳輸，同時(shí)膜電極凍結(jié)也會(huì)破壞電池內(nèi)部微觀結(jié)構(gòu)，既影響壽命又影響性能。在關(guān)注零部件冷啟動(dòng)的同時(shí)，也應(yīng)關(guān)注在整車(chē)?yán)淦饎?dòng)的過(guò)程中，起動(dòng)時(shí)間、能耗及怠速氫排等重要指標(biāo)。

燃料電池的行駛特性包括噪聲、制動(dòng)性能、平順性、操作穩(wěn)定性及可靠性。以噪聲測(cè)試為例，人們普遍認(rèn)為燃料電池汽車(chē)是低噪聲的，但實(shí)際運(yùn)行中，由于空壓機(jī)的使用，會(huì)造成90分貝以上的噪音，所以FCEV的NVH測(cè)試也至關(guān)重要。

綜上，燃料電池整車(chē)測(cè)評(píng)體系需要考慮低溫、高濕、極端氣候等，燃料電池汽車(chē)碰撞安全及設(shè)計(jì)需要涉及多向碰撞及響應(yīng)、力學(xué)仿真與分析、泄壓及安全等。

03 國(guó)氫中心核心能力

2019年7月，國(guó)家市場(chǎng)監(jiān)督管理總局批復(fù)中國(guó)汽研籌建國(guó)內(nèi)首個(gè)“國(guó)家氫能動(dòng)力質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心”。國(guó)檢中心擬在重慶市兩江新區(qū)魚(yú)復(fù)工業(yè)開(kāi)發(fā)區(qū)投資建設(shè)，總投資5億元，占地190畝，規(guī)劃建設(shè)氫能輔件試驗(yàn)室、燃料電池試驗(yàn)室、氫能整車(chē)試驗(yàn)室、動(dòng)力總成試驗(yàn)室、電機(jī)電池試驗(yàn)室等。旨在通過(guò)質(zhì)檢來(lái)防護(hù)氫能應(yīng)用過(guò)程中的安全風(fēng)險(xiǎn)，做到“質(zhì)檢保安全，安全促發(fā)展”。

針對(duì)燃料電池汽車(chē)測(cè)試的獨(dú)特性，中國(guó)汽研結(jié)合多年整車(chē)檢驗(yàn)檢測(cè)的經(jīng)驗(yàn)，布局了燃料電池汽車(chē)的實(shí)驗(yàn)室能力。建立覆蓋氫能全產(chǎn)業(yè)鏈的檢測(cè)服務(wù)平臺(tái)（包含氫氣到整車(chē)的各個(gè)環(huán)節(jié)），對(duì)氫能產(chǎn)品進(jìn)行檢測(cè)認(rèn)證，加強(qiáng)氫能產(chǎn)業(yè)的質(zhì)量管理、保障產(chǎn)業(yè)發(fā)展安全、提高氫能產(chǎn)業(yè)市場(chǎng)效率。

典型實(shí)驗(yàn)案例簡(jiǎn)介：乘用車(chē)動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性試驗(yàn)：依托國(guó)家重點(diǎn)專(zhuān)項(xiàng)課題，編寫(xiě)燃料電池乘用車(chē)動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性測(cè)評(píng)規(guī)程，已完成某車(chē)企增程式燃料電池乘用車(chē)的動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性測(cè)試；乘用車(chē)低溫冷啟動(dòng)性能試驗(yàn)：完成燃料電池乘用車(chē)低溫冷啟動(dòng)測(cè)評(píng)規(guī)程編制，分發(fā)動(dòng)機(jī)低溫啟動(dòng)試驗(yàn)和車(chē)輛起步試驗(yàn)，完成某車(chē)企增程式燃料電池乘用車(chē)-30℃冷啟動(dòng)試驗(yàn)，系國(guó)內(nèi)首次成功啟動(dòng)案例；燃料電池大巴百公里氫氣消耗量性能試驗(yàn)：中國(guó)汽研帶環(huán)境艙的重型轉(zhuǎn)鼓系國(guó)內(nèi)唯一涉氫重型轉(zhuǎn)鼓，已完成燃料電池大巴在中國(guó)典型城市工況、郊區(qū)工況和綜合工況下的百公里氫氣消耗量的測(cè)定。

設(shè)備開(kāi)發(fā)進(jìn)展及合作方向：通過(guò)國(guó)家項(xiàng)目及校企合作，已完成燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)、燃料電池電堆、燃料電池用空壓機(jī)、燃料電池用氫氣循環(huán)泵等測(cè)試裝備定制化開(kāi)發(fā)，后續(xù)將以此為依托，向燃料電池生產(chǎn)過(guò)程質(zhì)量控制設(shè)備延伸拓展。

技術(shù)研究建立測(cè)試評(píng)價(jià)體系：中國(guó)汽研作為課題牽頭單位先后承擔(dān)了5.8及1.6國(guó)家氫能重大專(zhuān)項(xiàng)，通過(guò)國(guó)家課題聯(lián)合共研等方式，進(jìn)行燃料電池整車(chē)及關(guān)鍵零部件測(cè)試評(píng)價(jià)技術(shù)的研究和評(píng)價(jià)體系的建設(shè)，推動(dòng)氫能產(chǎn)業(yè)的健康發(fā)展。

質(zhì)檢作為產(chǎn)、學(xué)、研、檢、用五個(gè)環(huán)節(jié)中的重要一環(huán)，起著承上啟下的作用。中國(guó)汽研從以下幾個(gè)方面支持燃料電池汽車(chē)產(chǎn)業(yè)發(fā)展：支持產(chǎn)業(yè)發(fā)展：通過(guò)建立氫能動(dòng)力全流程的測(cè)試能力體系，實(shí)現(xiàn)氫能產(chǎn)品全產(chǎn)業(yè)鏈檢測(cè)；完善標(biāo)準(zhǔn)體系：承接應(yīng)用端，結(jié)合測(cè)試驗(yàn)證，推動(dòng)氫能標(biāo)準(zhǔn)體系從產(chǎn)業(yè)前端往產(chǎn)業(yè)后端延伸；維護(hù)市場(chǎng)秩序：公正質(zhì)檢，聚焦安全，嚴(yán)把質(zhì)量關(guān)，扶優(yōu)限劣，規(guī)范產(chǎn)業(yè)發(fā)展秩序。

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