本文為在中國(guó)汽研舉辦的“2019第二屆新能源汽車測(cè)試評(píng)價(jià)技術(shù)國(guó)際論壇”上，電子科技大學(xué)氫能與燃料電池電池研究院湯浩教授帶來(lái)的《燃料電池系統(tǒng)集成與測(cè)試技術(shù)研究》。

燃料電池與內(nèi)燃機(jī)相比有許多不同之處，第一是燃料電池內(nèi)部沒(méi)有運(yùn)動(dòng)部件，相對(duì)比較靜態(tài)，使得它的工作效率比較高；第二是燃料電池工作過(guò)程中沒(méi)有噪音；第三是燃料電池比較清潔，這里比較清潔的前提是氫氣來(lái)源比較清潔，如果氫氣來(lái)源不清潔那還是實(shí)現(xiàn)不了閉環(huán)的清潔。

目前燃料電池技術(shù)主要應(yīng)用在發(fā)電、交通、無(wú)人機(jī)和特種能源等領(lǐng)域，其中交通領(lǐng)域的燃料電池汽車大部分是大巴車和物流車，乘用車非常少。原因在于燃料電池堆的功率密度還比較低，一百千瓦級(jí)燃料電池堆的體積較大，很難放置到乘用車內(nèi)部。此外，大巴車和物流車的路線比較固定，加氫站的建設(shè)比較容易解決，而乘用車不可能限制其在特定的時(shí)間開到有加氫站的地方。

國(guó)內(nèi)當(dāng)前比較成熟的儲(chǔ)氫技術(shù)是35MPa的高壓氣態(tài)儲(chǔ)氫，與液態(tài)儲(chǔ)氫技術(shù)相比，氣態(tài)儲(chǔ)氫技術(shù)的單位儲(chǔ)氫質(zhì)量和儲(chǔ)氫密度均較低。但是高壓氣態(tài)儲(chǔ)氫技術(shù)有很多優(yōu)勢(shì)，第一是氣態(tài)儲(chǔ)氫技術(shù)的成本比較低，第二是氣態(tài)儲(chǔ)氫的動(dòng)態(tài)性能比較好，第三是氣態(tài)的氫氣易于管理。為了改善現(xiàn)有氣態(tài)儲(chǔ)氫技術(shù)單位儲(chǔ)氫質(zhì)量和儲(chǔ)氫密度均較低的問(wèn)題，目前國(guó)外已經(jīng)量產(chǎn)70MPa的高壓氣態(tài)儲(chǔ)氫瓶，并且國(guó)內(nèi)也在跟進(jìn)相關(guān)方面的技術(shù)研究。由于燃料電池的體積能量密度還可以進(jìn)一步提高，并且具有非常大的優(yōu)勢(shì)，未來(lái)燃料電池的發(fā)展必然會(huì)走能量型道路。

接下來(lái)介紹一些關(guān)于燃料電池系統(tǒng)集成方面的研究工作，如圖所示燃料電池系統(tǒng)主要包括電堆模塊（A）、空氣供應(yīng)模塊（B）、氫氣供應(yīng)模塊（C）、熱管理模塊（D）、配電管理模塊（E）和整個(gè)燃料電池控制器（F）。物理架構(gòu)圖中的藍(lán)線代表空氣回路、綠線代表氫氣回路、紅線代表熱管理回路、黃線代表配電管理回路。實(shí)際上燃料電池堆和發(fā)動(dòng)機(jī)一樣均是汽車結(jié)構(gòu)中最關(guān)鍵的零部件，因此動(dòng)力系統(tǒng)集成的關(guān)鍵點(diǎn)在于如何最大化提升燃料電池堆的性能。其中燃料電池堆的特征參數(shù)包括電流、電壓、功率和反應(yīng)物的流量。

針對(duì)燃料電池系統(tǒng)集成設(shè)計(jì)需要解決的問(wèn)題，我們搭建一個(gè)物理+數(shù)字的共性技術(shù)研發(fā)測(cè)試平臺(tái)，這個(gè)平臺(tái)包含一個(gè)共性實(shí)物平臺(tái)和一個(gè)共性數(shù)字仿真平臺(tái)。其中，共性實(shí)物平臺(tái)是一個(gè)能提供燃料電池系統(tǒng)性能測(cè)試的實(shí)驗(yàn)室，因?yàn)樵趯?shí)驗(yàn)室里測(cè)試會(huì)節(jié)省較大的研發(fā)時(shí)間和成本，如果將燃料電池系統(tǒng)裝配到整車?yán)锶y(cè)試，研發(fā)成本將會(huì)非常大。另外一個(gè)共性數(shù)字仿真平臺(tái)可以將燃料電池堆作為一個(gè)模型輸入到仿真平臺(tái)里，并將電堆變成全數(shù)字的仿真平臺(tái)。此外，我們還可以將實(shí)物仿真平臺(tái)和虛擬仿真平臺(tái)結(jié)合起來(lái)，構(gòu)建起一個(gè)虛實(shí)結(jié)合的共性技術(shù)研發(fā)測(cè)試平臺(tái)，大幅提高了研發(fā)效率。

我們現(xiàn)在的設(shè)計(jì)理念不僅包含測(cè)試對(duì)象的多樣化，還包含測(cè)試系統(tǒng)的性能優(yōu)化，因此無(wú)論是國(guó)內(nèi)還是國(guó)外生產(chǎn)的燃料電池堆都能在這個(gè)共性研發(fā)測(cè)試平臺(tái)上進(jìn)行性能測(cè)試。并且這個(gè)測(cè)試平臺(tái)主要采用國(guó)產(chǎn)化部件，整個(gè)測(cè)試平臺(tái)的零部件國(guó)產(chǎn)化率達(dá)到了80%以上。其中包括熱交換模塊、控制模塊、加濕模塊和電子負(fù)載等部件，并且還有一部分軟件和硬件全部是自主開發(fā)。

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