9月14-16日,由中国汽车工程学会与国际氢能燃料电池协会(筹)共同主办的第五届国际氢能与燃料电池汽车大会(FCVC)于上海汽车会展中心召开。中国汽车技术研究中心有限公司汽车试验研究所燃料电池室主任张妍懿发表“品质保障发展--谈燃料电池汽车测试评价”的主题演讲,以下为文字实录:
感谢章教授,欢迎各位同行,今天非常荣幸能够做一个分享。我的题目是品质保障发展--谈燃料电池汽车测试评价。我来自中国汽车技术研究中心,今天就从我们的角度来讲讲我对燃料电池商用车品质发展的一个考虑。
刚才大家都讲了氢能的发展是一个整体的趋势,从产业角度来看,这边是一个2019年的产量和销量统计的情况,可以看到2019年产销量分别达到2800和2700多辆。截至今年的7月份,全国累积燃料电池汽车推广超过了7200多辆,这里面其实大多数或者说几乎全部都是商用车,这么多汽车同时在推广它的安全或者可靠性,这个产业的健康发展有什么来保障呢?
作为做测试的测试人来说,我们认为保证健康发展的第一前提就是标准。标准越完善,产业的大量发展就更有保证。目前汽车相关的标准一共有17项,对比一下新能源汽车,新能源汽车的标准一共有100多项,这个数量级是很少的。也就是说现在燃料电池汽车的标准还是处于起步阶段,其中我们看到整车、系统部件等标准都在制定过程当中。我们单位研究完技术以后,会跟行业技术规则制定组来进行一些推荐,我们也有在汽车工程学会的团标平台上制定和发放一些团体的标准,再往上就会到达更高的标准层次,适合推广的我们会发到ISO的标准上。
下面分享一下我们平台的工作是如何标准化开展的,我们和企业之间有哪些合作可以更好地推动行业技术和标准的发展。首先我们在2年前就梳理了燃料电池汽车的测评体系,刚才卢总和黄总都谈到了一些内容,其实经济性和成本有关,虽然氢气成本是排名第一的,但是如果它的成本更低的话,我们的总体成本也会更低。
从我们这个团队分析来说,对于商用车最关注的是什么?这么多项目都来做标准是不现实的,不是所有的标准都能发布的,最关键的可能是三方面:第一是安全,第二是节能,第三就是耐用。首先当然是安全,特别燃料电池汽车能够安全地运行,因为一旦出任何一个问题,可能对行业的影响就是瞬间性的,包括国内有很多的检测机构,我们经常交流一些实验室的安全心得,也是希望行业能够健康发展。现在政府也好,消费者也好,最关心的就是安全问题。第二就是节能,我们是围绕低碳来推广的,所以这项非常重要。第三就是耐用,现在是制订了30 000小时的目标,这是非常重要的,今天我就从中挑几点讲一下我们是怎么把这个测试技术往标准化进行延用的。
首先就是碳排放,安全里面有谈到了氢安全、加氢安全、碰撞安全等等,这里我重点介绍一下氢排放的部分。燃料电池汽车只要是燃料电池汽车肯定有氢泄露和氢排放,这个现象是非常正常的,只是说这个量级的多少。我们最希望的就是降低排放量,还有如果真的有泄露和排放的话,减少氢气的聚集;如果有氢气的泄露情况,进行及时的报警和监测,这样就可以对我们的氢安全进行保障。
在氢排放方面有两种情况,一种是怠速的氢排放,比如说我启动一下可能就有这种情况出现。另外就是循环工况的氢排放,这两种情况都会影响我们的安全。我们有时候说可能点根烟立刻就能着,确实是这样的情况。循环工况的氢排放对于大巴车来说非常重要,我们强调怠速的氢排放是在乘用车角度特别具有安全性。比如说早上一点火就有氢排放,在地下车库这样非常小的空间可能会造成氢聚集,我们不可能改良所有的地下库,那这就是一个风险;大巴车在开放空间,确实这一风险就是降低的。那比如说车进入隧道,经常有这种情况,或者说重卡进入交通的时候,高速也有这种情况,如果这个时候的已排放超量的话,可能就会造成一定的氢聚集,对于其他的车不了解情况的,正好开着车窗把烟一撇,会不会产生一些危险情况呢?所以无论是怠速氢排放还是循环氢排放都是重要的。
目前我们这个方面的测试研究在18年已经在国标里转化成国标发布了,目前也是在强险标准里面进行修订,它是保障了我们消费者最后一道最基础的安全,所以我们强烈建议修订到国标当中,目前已经被采纳到送审稿的阶段了,应该大家看到新版中就有这个部分的内容。
其次就是冷启动,刚才前面两位都提到了这个部分,可能比电动汽车好的部分就是低温下续航会降低,燃料电池汽车好像没有这个问题,确实是没有这个问题,但是在它低温度启动的时候,确实有一个冷启动时间、安全性和能耗的问题。目前国际和国内都没有专门针对燃料电池汽车低温冷启动的标准,目前我们因为了一段时间的研究,考量的燃料电池汽车低温启动测试到底要考虑哪几点,最简单的就是启动时间,这是一个最基本的指标,除此之外我们认为安全和能耗也非常重要,为什么说安全?刚才大家看到我画整个体系图的时候,除了画安全性,把低温冷启动也画进去了,以后我们发现有些车常温氢排放是不超标的,但是在低温冷启动的时候它的氢排放会大大超标。有人说在冷启动期间氢的安全性会降低的,这是一个风险,但是往往别忽略了,我们只注重了冷启动时时间的快慢,但是对于这个安全性有一定的忽略。另外就是不同的车技术的差异也是非常大的,所以我们在做测试研究的时候尤为关注安全性、能耗性以及时间的问题。
我们也进行了好多款燃料电池大巴的实验,在我们中心有一个16米的大巴实验舱,目前也测试了国内很多款的大巴车,包括乘用车国内国外都做过一些。除了大巴测试以外,可能还会测试冷启动氢排放和氢泄露的情况,做一个整体考量,这边列的一些我们也会对部件整体的系统进行一个考量,进行一个整体的分析。
按照我们的测试情况来看,低温冷启动的性能指标差异是非常大的。我们做过最好的车可能44秒就起来了,当然最差的是27分钟才起来,当然还有很多没有起来的,所以对低温冷启动是一个全面的挑战。有些车发动机可以做到,但是有些就不能,这个情况是够复杂的。而且我们是考虑启动两次,第一次直接进车12小时启动一次,第二次再进车12小时再启动一次;第二次就是在冬天,这个车跑一段时间熄了火,里面产生一些水,再放一晚上再启动,这个车能不能接受这样的考验。不同的车的情况是不一样的,有的车第二次表现更好,比如说44秒的车,它第二次启动更快,因为它的只有自己在低温模式,可以有更好的控制;但是有的车第二次表现更差,可能根本就启动不起来了。
所以我们认为这两次启动能够更好地去拟合我们现实中使用情况,考量一个全面的技术,当然我们发现很多故障在冷启动的时候都能发现,比如说还没有到电堆这一层,在前面的环节就已经败下阵来,这种情况也是屡见不鲜,还有超标情况也非常多。基于我们的测试方法,我们也在去年制定了一个低温冷启动团标,并且在协会平台已经发布了,这个发布了以后非常受国标委重视,觉得这个有必要纳入到我们的国标中来,因为国家还是非常重视的,希望燃料电池汽车能够全场景使用。那中国幅员辽阔,冬季低温启动是不能避开的话题,所以目前国标也在制定过程中。
还有一个能耗的经济性问题,我买大巴车便宜好用,那里面还有能耗的问题,尤其是现在的氢气这么贵,按40块钱每公斤分析,都有那么大的差距,但我们现在是60块钱每公斤,那就更难了。所以氢气每降低一点都是真金白银。目前国内已经有成熟的燃料电池汽车测试方法了,但是对于我们中国的商用车不是全功率型的,是混合动力的,而且大部分是插电混合动力的情况,国外的全功率测试燃料电池汽车的方法是不适用于国内的。
为此我们也进行了研究,目前还没有大巴车来进行测试,乘用车对自己在这个方面的技术指标更重视一些,这是事实的情况,因为相关的指标还没有出来。我们摸底了很多辆乘用车的情况,可以同时测试电堆和动力电池的能量,最后考虑它的形成率,来得到电耗的情况,如果直接简单粗暴地用消耗量去考虑整个里程,是不合理的,这种情况更适用于我们国内的大巴车商用车路线分析。
我们对于国内的大巴车的参数进行了统计和分析,按照它提供的动力和燃料电池提供的参数,测下来它的氢电贡献率,情况不同车还是差距比较大的:有的车确实是用燃料电池来进行驱动,我们看到国内后面几款还是表现不错的;国外目前以乘用车为主;大巴车也看不同的情况,比如说丰田是全功率的,总的来说,我们认为插电式的技术路线还是长期内比较可靠的或者持续运行的技术路线。
这种角度可以引导我们燃料电池发动机向更高功率占比去发展,目前我们的标准也正在制定相关的国标,那这个标准和测试方法目前也被ISO所注意到,目前我们和日本一块去提案准备增加到ISO当中,弥补ISO之前没有这种燃料电池汽车能耗测试方法的缺陷。
虽然前期工作都是在我们中心做的,但绝对不是我们中心一家的劳动成果,我们在17年就成立了测评工作组,现在已经有67家企业加入了,其中很多工作都是有合作的,比如说我们和捷氢和福田这边都有相关的合作。今年我们的重点工作可能会聚焦在部件层面,今天是整车厂,所以没有讲部件的测试,今天我们重点关注可能是两个方面:一个是电堆性能评价和耐久性,我们虽然看到很多企业宣传功率密度是多少,但是我们不知道测试方法是怎么样的这个数据没有任何的参考性,我们想去提供统一的测试方法,我们把电堆的基因库提供给大家,方便行业共享技术情况和水平;另外就是耐久性,这是非常重要的指标,但是光说一万或者两万小时也没有任何意义,因为工况也不知道,是没有任何对比性的,但现在行业有一个统一的耐久性测试方法是非常重要的,所以我们把发动机耐久提升到了行标的制定过程当中,也希望大家一块跟我们进行合作。
最后做一下宣传,目前我们中心正在建设新的燃料电池测试中心,明年3月份开始营业,占地308亩,燃料电池相关的大概是100多亩,投资了20多亿,会涉及燃料电池汽车和整车的全部测试能力,这个不是为了挣在座各位的钱,而是为了给大家提供一个平台,比如说里面有涉氢的自由度等等,去做大家没办法投入这么多的测试研究工作,保障我们标准的更加完善化,最终推动我们产业健康持续的发展,希望不会有任何一天看到负面希望,我感觉我就要下岗了,希望这个产业越来越好的发展,谢谢各位!
整理:蒙轩
