为汽车打造绿色高效 “心脏”

来源: 中国科学报 / 作者: 2021-02-22
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燃料电池汽车作为新能源汽车的重要分支,因在节能减排方面优势显著,近年来备受重视。与纯电车相比,燃料电池汽车克服了里程焦虑问题,极大拓展了应用范围,被认为是客车、物流车等领域的优势车型。

不过,国家新能源汽车技术创新中心(简称 “国创中心”)总经理原诚寅对记者坦言,在技术成熟度、经济性等方面,燃料电池汽车依旧存在诸多需要突破的技术瓶颈。燃料电池控制系统是连接整车和电堆系统的桥梁,在燃料电池系统中处于承上启下的位置,该技术属于整个燃料电池行业亟待攻关的重点。

亟待补齐控制器短板

“燃料电池控制器是整个控制系统性能优化的中枢,对于燃料电池系统发展和应用具有重要意义。” 原诚寅说,燃料电池系统中电池控制系统部件较多,要求各部件都能实现良好控制,发挥其最大性能,所以复杂性很高,是一个高度耦合系统,需要控制器进行统一协调配置,才能将系统整体性能发挥到最大。

但在目前,国内整个燃料电池行业尚初于起步阶段,缺乏相关技术及适合平台,研发应用部分环节缺失。

“在燃料电池控制器领域,国内仍存较大短板,如果想在世界范围内实现换道超车,就必须把这块短板补上。” 原诚寅强调,掌握核心技术,才能攻克燃料电池控制器开发难关。

与此同时,开发燃料电池控制系统还需要合适的测试系统和评价体系支撑。“在开发燃料电池控制系统过程中,必须同时构筑中国自主燃料电池测试环境。” 原诚寅说,燃料电池测试系统是燃料电池控制系统开发中必不可少的工具和环境,不具备燃料电池测试开发环境,就无法实现燃料电池控制系统的自主开发。

此外,他还表示,结合燃料电池控制器与仿真测试平台的开发,需要进一步研发燃料电池动力系统及整车综合集成技术,包括基于热管理与能量管理的燃料电池动力系统构型与开发、整车氢系统关键技术研究与整车搭载、燃料电池整车平台集成等关键技术研究,最终实现氢能、燃料电池与整车的耦合与搭载。

立体布局技术攻坚

在对以上技术瓶颈进行深入分析后,国创中心结合国内外技术现状和自身前期研发工作的积累与铺垫,成立了燃料电池高光领域团队,向燃料电池关键核心技术发起攻坚。

燃料电池高光领域包含车用燃料电池系统控制器开发、燃料电池发动机测试平台、车载储氢技术及异型储氢结构关键技术、“氢能出行” 关键技术研发等 4 个项目部分。

结合 “氢能出行” 整车集成技术及新一代车载储氢技术的研发,国创中心最终将完成氢能、燃料电池与整车的耦合与搭载,实现燃料电池汽车产业上游(储氢)、中游(燃料电池系统)和下游(整车)的全面覆盖,打通氢燃料电池汽车全产业链。

原诚寅表示,燃料电池是一个多输入、多输出、不确定的非线性时变系统,由于受多参数影响,其输出特性很难控制,其中热管理、水管理和冷启动等问题仍然是目前需要攻克的重大难点。

为此,国创中心将重点进行车用燃料电池系统控制器开发项目,完成燃料电池控制器硬件及底层软件、控制策略等研发工作,并在匹配调试基础上达到乘用车和商用车应用标准。在燃料电池测试系统方面,该中心还将进行燃料电池发动机测试平台的开发,主要内容包括燃料电池仿真模型和测试台架搭建、仿真和 HIL 台架测试等。

在车载储氢技术及异型储氢结构关键技术研究方面,目前国外储氢质量和体积分数较高,多种技术路线并行发展。而国内储氢效率较低,大多集中在 III 型瓶高压储氢领域,不能满足车载要求。为此,原诚寅表示,他们还将开展车载储氢技术及异型储氢结构关键技术研究,包括高压气态储氢、液态储氢、固态储氢等储氢技术,探索车载液态储氢结构系统开发。

原诚寅表示,氢能是能源革命的重要领域,将成为支撑我国构建绿色、高效、安全能源系统的关键支柱。而氢燃料电池汽车是氢能利用的关键,将成为我国汽车产业转型发展的重要方向。

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