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IND4汽车人平台4月9日“燃料电池”沙龙——来自胡军博士的分享

类别:汽车科技 日期:2017-11-30 23:27:01 人气: 来源:

  新源动力股份有限公司2001年成立的,有大连化物所、新大洲、长城电工等发起,2006年获得发改委授牌“国家燃料电池及氢源技术工程中心”,07年上汽集团入股新源动力,同年我在上海筹建了新源动力股份有限公司的全资子公司-上海新源动力,这是我们母公司所在的驻所。目前母公司员工约100-150人,上海新源动力公司约50人。

  上海新源动力公司致力于燃料电池系统的开发和制造,特别是车用燃料电池发动机系统。在新能源汽车的鼓励政策下,激发了不少整车厂对燃料电池汽车的热情。我们对此也很有感受,2001--2010年之间基本上都是国家和地方给与研发项目支持,整车企业只有少数参与燃料电池汽车的研发,如上汽、福田、奇瑞,一汽,金龙等等。到了2010年以后有一个相对来说比较冷的时间,对燃料电池这块的支持比较弱。除了上汽以外其他整车企业基本上属于、观望,上汽比较特别,上汽集团将燃料电池汽车纳入其新能源汽车发展规划,上汽集团用自有资金启动燃料电池汽车的研发工作,非常了不起。2010年后新源团队配合上汽开展燃料电池汽车的开发。上汽陆陆续续推出了一系列燃料电池的轿车。

  国外有一些公司做得非常不错,特别是丰田,2000年前后有消息说丰田不干燃料电池车了,最终真正推出车用产品级的就是丰田公司,可以说他们放了一个烟雾弹。当时国内有听说丰田不做了,就有意见认为支持力度不宜大,结果2014年MIRAI推出之后让吃一惊。日本很多公司做得很不错,本田的燃料电池汽车技术也做得很好,丰田和本田的车用燃料电池系统技术我认为在国际上是做得最好的。因为他们技术指标做得很高,基本上把一些国际上燃料电池知名企业的产品参数高了一大截。我们国家08年和10年奥运会、世博会的时候投入比较多一些,10年以后不管是地方还是中央科技部这边扶持力度就没有那么大了。

  国内来说,真正引起整车厂感兴趣的还是在去年和前年,很重要的因素是因为新能源汽车的补贴退坡政策。因此15年以后来考察的整车企业络绎不绝。

  我们公司的愿景是致力于车用燃料多次发动机系统的研发和制造,并希望为国内更多的整车厂做好产品和技术服务。这是上海新源历年承担的国家项目和上海市的项目,包括世博会、奥运会用燃料电池发动机系统开发和示范运行,配合上汽开展燃料电池系统及零部件技术服务,以及一些关键零部件的开发工作。这是我们博会期间一款轿车发动机产品,采用的是常压的燃料电池发动机系统。当时受限于空压机,因此只能走常压技术线,这台轿车发动机系统是布置在车的底部,每个零部件散开布置的,因此,不符合产品的要求。系统功率是55千瓦,世博会时候做了30台搭载于上海牌燃料电池轿车,还有10台搭载于大众帕萨特领驭轿车。这是世博的客车发动机系统,也是一个常压发动机系统,装在客车的后舱,是集成框架结构,11年新源的电堆技术得以提升。10年的客车发动机系统是520节电池组成,到了11年只要300节。新源后续与上汽联和开发,形成了集成框架结构的30kW轿车用燃料电池发动机系统,电堆是新源的36kW电堆,外观看起来就开始像一个车用的产品了。这个系统放在前舱的,框架结构的,所有的关键零部件包括电机、空压机、水泵、电堆、增湿器、冷却器都在一个框架上集成,它和整车的接口就是一个固定安装接口,流体接口和电接口,不需要重新拆装。去年电堆性能又进一步提升,片数不变做到了42千瓦。这是我们和合作单位开发的一些关键零部件,在我们看来辅助系统关键零部件与电堆同样重要,电堆要实现长寿命,必然要求辅助系统零部件也要具备长寿命和可靠性。即使现在,我们也认为很多零部件没有达到非常理想的状态,最典型的就是空压机,目前国内空压机应该还有很多工作要做,虽然已经实现在车上的应用,包括低温下应用,但还不算产品级,因为还不能说已经满足5000小时甚至上万小时的寿命和可靠性要求。另外,空压机的价格也非常高,进口的空压机20多万,国产空压机也需万,这样燃料电池系统的成本就比较高。在我们看来零部件成本第二高的就是增湿器。以往国外只有一两家有,价格3—4万之间,我们国产化后可以降低60%左右。还有氢循环泵,进口件十几万,我们团队正在零部件方面开展工作,争取把几个关键件的成本都降下来,否则这个系统整个价格会比较高。

  这是我们上海新源和一些合作伙伴做的系统关键零部件,这是纯电动水泵,我们联合相关合作单位开发了一个车用级的电动水泵。这是空压机,也是我们国内的合作伙伴,历经了大概5年时间开发了一款相对来说在国内比较不错的空压机,微油,在国外进口空压机也是微油,我们希望能做到真正意义上的无油。这是氢压调控系统,这是增湿器,我们采用了国内的膜树脂材料,做成微管束件,最后形成膜增湿器,价格只需国外的40%。零部件开发方面国内系统还有很多工作要做。

  现在真正面临的难点是怎么实现5000小时的耐久性,以国内为例,上汽的燃料电池发动机系统去年完成了3500小时的台架耐久验证。今年我们系统目标是要完成5000小时。现在国家“十三五”863指标轿车燃料电池发动机系统5000小时,客车系统1万小时,目标2020年实现。今年我们会做5000小时的耐久性测试,看看系统通过哪些策略需要更优化,零部件和电堆要达到这个目标挑战很大。当前丰田轿车的燃电系统已实现5000小时。

  这是我们公司针对各个零部件和系统包括电堆做的一系列测试设备,当时很多设备外面都没有产品,只能自己开发,围绕这块工作我们开展了一些测试台的开发,我们也希望为其他公司提供我们的测试台产品和技术服务。这是我们08年的示范运营,这是10年的世博会示范。2014年上汽做了一个万里行,安排了一批混合动力车、纯电动和燃料电池车,在全国各个省市做了示范运行,最西面到了拉萨和日喀则,去年和今年又调了一批燃料电池车在黑河做低温试验,验证低温启动性能。我们国家的燃料电池系统可以耐受零下20度,日本可以耐受零下30度。对于新源团队而言,通过与整车企业的密切合作,加速了我们的技术进步和认知。目前在车应用领域对燃料电池行业来说是一个发展契机,其他的应用可能在没有支持的形成下很难马上冒出来,车方面确实相对来说会有一个比较好的发展机会。

  提问:胡博士您好,您刚才提到的无油空压机,雪人收购了一家公司,你们最终测试看到的石墨的涂层。

  胡军:在我们这边做过进口空压机的试验,特别是系统耐久试验,发现从空压机出口的空气管有油渍,如果用传感器测可以测到0.2ppm以下这对燃料电池电堆的寿命常不利的。

  提问:我是泛亚做动力总成系统测试的,主要做耐久测试,我对燃料电池发动机测试比较感兴趣,3500小时耐久性测试,这3500小时有多少样本量还是就一个样本量?我做测试肯定有一定的样本量。

  胡军:拿了一套系统,这个系统和装台系统差异不大,零部件基本一样。主要为了它的耐久,另一方面为了调优。多个样本当然更好,但是花费太高。

  胡军:有很多比较有意思的环节,第一,包括燃料电池启停策略,第二,本身系统的操控,包括增湿调控、压力匹配等等。目前寿命定义是系统性能下降10%就认为寿命终结,寿命终结并不是不能用,只是性能下降10%了。

  胡军:车上是有噪音的,轿车特别典型,因为轿车空间本身就小,很多消音措施没有办法按上去。只要燃料电池一启动就会听到噪音,只不过这个噪音还属于可以的范围,因为刚启动和驻车的时候功率不高,空压机转速不会太快,但可听到噪音。

  胡军:大概在10分钟以上,不需要辅助加热,辅助加热不算零下启动,那个是概念玩法,我们是完全冷冻。

  胡军:毕竟有电池,先让电池供电让车行驶或驻车,燃料电池需要从整车电里面取一点,把阀件打开。第二,系统燃料电池先把自己热起来,温度到了一定程度以后才开始对外进行电力输出。

  提问:我们一直在强调压缩机要无油,其实就是想最后进到电堆的空气是干净的,如果后面加一些过滤的层可以吗?

  胡军:油量很低,为什么希望它无油?假设我希望燃料电池系统寿命是1万小时,一般来说30多万千瓦的燃料电池系统风量要求100多方,1万小时100万方,1ppm就意味着一方油气,0.1ppm意味100升油气,已经太高了,所以我们希望尽可能空压机里面无油。至于是空压机解决掉还是后端解决掉,就看你总体的考量和设计了,但是后面解决难度也不小。毕竟油气浓度太低。

  提问:我之前是做过一段时间燃料电池整车架构和布置,当时我做的时候遇到一些问题,燃料电池的附件非常多,涉及到管线非常麻烦,在布置膜加湿器的时候,对前端挑战很大,现在日本丰田系统摆脱了增湿器,国内的汽车厂家有没有做相关的技术规划?目前达到的技术水平是什么?

  胡军:丰田采用氢循环把空气的膜加湿器去掉了,但是做客车的时候,目标1万小时了,所以又开始考虑增湿器了,对加湿器的应用确实是有一定矛盾的,不用可能会碰到一些其他的障碍,用又担心它过湿,国内系统还是带着加湿器的。

  胡军:买来的加湿器只能买来什么样就是什么样,现在我们可以自己设计管结构,围绕装车需求去安装和设计,它不是技术难题,当然加湿器本身有难度的,对也,天气干热的时候加热性能略低。

  毕业于皇家艺术学院交通工具设计,多年就职于多个外资主机厂设计中心。熟悉在各种设计风格之间随意切换,精通各种表达技法,尤其在内饰设计方面有深厚的功底。

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