闞宏偉：下一代的燃料電池測試方法及裝備能力構(gòu)建的若干探討
圖為合肥科威爾電源系統(tǒng)股份有限公司研發(fā)總監(jiān)闞宏偉做主題演講
日前，由中國電池工業(yè)協(xié)會、電池中國網(wǎng)聯(lián)合主辦的“2021氫能與燃料電池技術(shù)及應(yīng)用國際峰會”在淄博舉行。合肥科威爾電源系統(tǒng)股份有限公司研發(fā)總監(jiān)闞宏偉做了題為“下一代的燃料電池測試方法及裝備能力構(gòu)建的若干探討”的報告。
以下為報告實(shí)錄：
闞宏偉：各位領(lǐng)導(dǎo)、各位嘉賓大家上午好，我代表后面同仁感謝大家能堅持下來。
今天我分享大家一個題目是“面向下一代的燃料電池測試方法及裝備能力構(gòu)建”這個題目比較大，還是從測試廠家的看到燃料電池測試行業(yè)存在共性問題，以及針對于這些問題，我們計劃采用的測試方法改進(jìn)和裝備領(lǐng)域提升。
這是我今天要給大家分享的內(nèi)容組成。
第一是共性問題分析。第二是對燃料電池測試方法裝置探索和實(shí)踐。第三介紹科威爾燃料電池業(yè)務(wù)和情況。
針對燃料電池的一些共性測試問題，首先第一點(diǎn)整個測試的自動化程度比較低，因為我正好有一個經(jīng)歷有兩年的時間在做產(chǎn)品測試管理工作，現(xiàn)在測試在某種程度上基本上以手動操作為主，主要的原因我想主要分以下方面的原因。首先是測試工藝的執(zhí)行是一個比較復(fù)雜的過程。測試的團(tuán)隊在這一方面的支持力度不夠。
第二還是測試的可靠性不高。我們操作人員不放心測試設(shè)備進(jìn)行相關(guān)操作。
第三跟測試規(guī)范規(guī)定有關(guān)系，我們在某些測試判定方面，無法做判定，所以無法完成自動化的測試。再就是測試數(shù)據(jù)的挖掘不夠。上午雄韜張總也講到，他講到每年燃料電池測試費(fèi)用接近6000萬人民幣。我們再試想一下，張總的團(tuán)隊他能得到哪些燃料電池的測試結(jié)果？
我想不外乎，我們幾個研發(fā)產(chǎn)品的習(xí)慣曲線、敏感性曲線等等這些非常基礎(chǔ)的數(shù)據(jù)。但是積累下來通過燒氫氣積累的數(shù)據(jù)，沒有價值嗎？我相信不是這樣的。這些數(shù)據(jù)里面有大量的信息，是需要我們進(jìn)行挖掘。另外有一點(diǎn)，今天上午張總也講到這一點(diǎn)，但是我也深有同感，我們的測試產(chǎn)品，在產(chǎn)品之間的縱向的比較，這個過程工作有沒有人做，從測試數(shù)據(jù)能發(fā)現(xiàn)哪一些問題，這也是我們思考的點(diǎn)。
第三個問題，我們往往測試出燃料電池整個使用生命，裝到車上應(yīng)用領(lǐng)域，整個性能的狀態(tài)和壽命可能大相徑庭為什么？就是因為在實(shí)驗室沒有復(fù)原出跟使用工況一致的狀態(tài)，導(dǎo)致效率很低的過程，有效性很低。
第四點(diǎn)因為我們作為測試設(shè)備的廠家，我們也接觸到大量的燃料電池頭部客戶，跟他們接觸后發(fā)現(xiàn)，燃料電池產(chǎn)能是觸手可及，他們做十萬臺的規(guī)劃，我們按照每年24小時連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)的話，他每個電堆的活化測試的時間只有40分鐘，而目前鋰電產(chǎn)業(yè)的活化測試的手段，都是在3-4個小時。所以燃料電池的活化測試長時間的測試成為產(chǎn)業(yè)發(fā)展很重要的瓶頸。
第五個我們看到的問題，目前燃料電池很多測試，我們本身是做測試產(chǎn)業(yè)。測試產(chǎn)業(yè)測出更多的是燃料電池外部的單電池，還可以配合做一些DIS的測試，能了解里面的狀態(tài)原因。但是到了大功率的電堆這種手段DIS（音）手段也是缺失，這里面通過大量的工具和可測試的方法，讓我們的研發(fā)人員可以改進(jìn)產(chǎn)品的設(shè)計。
最后想講的一點(diǎn)，因為我們是做測試設(shè)備的，做測試設(shè)備，在研發(fā)過程中是很少有相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)來進(jìn)行參考，我們只參考一些加氫站的標(biāo)準(zhǔn)，涉及壓力容器的參考一些壓力容器的標(biāo)準(zhǔn)。包括這里面的指標(biāo)狀態(tài)，也只能說我們滿足客戶的需求和我們給自己提出的工廠要求，實(shí)際上在測試的效率評價手段上，我覺得也是有所缺失，針對這些問題，我們采取哪些方法，這些方法有可能是現(xiàn)在正在做的，有可能是計劃在做的一些事情。
首先針對產(chǎn)品運(yùn)行環(huán)境的構(gòu)建，我們首當(dāng)其沖是物理環(huán)境的模擬，能模擬溫度的環(huán)境，壓力的環(huán)境，比如說海拔的高度，我們的電池波系統(tǒng)工作溫度，包括車載的震動狀態(tài)，從設(shè)備端也聯(lián)合一些廠家，也做系統(tǒng)化的設(shè)計。最基本的功能保證高溫工況的設(shè)計，很重要的在軟件上實(shí)現(xiàn)了無縫集成可以為環(huán)境倉的溫度、高度、適度同時在安全角度來說，可以實(shí)現(xiàn)測試系統(tǒng)、實(shí)驗室和環(huán)境倉的安全高度聯(lián)動和一體化運(yùn)行處理流程。
還有對在能量的情況角度來說，充分運(yùn)用兩個系統(tǒng)之間的發(fā)熱和制冷的過程，來探索內(nèi)部的能量循環(huán)，這是整個物理的環(huán)境。接下來對于燃料電池系統(tǒng)來說，我們還要對它在整車上面的運(yùn)行條件進(jìn)行一些模擬。
比如說駕駛員的操作習(xí)慣，道路工況、車輛信息、能量分配的策略，都會對燃料電池本身會產(chǎn)生一個影響。現(xiàn)在燃料電池系統(tǒng)的產(chǎn)量，大部分是在實(shí)驗室用國標(biāo)的方式來做帶速工藝方面的模擬，包括拉載模擬，這跟實(shí)際的情況還有較大差距。我們現(xiàn)在通過仿真計算機(jī)把整車的一些信息，把駕駛員的操作情況，把工況的信息可以導(dǎo)入進(jìn)來，實(shí)時產(chǎn)生拉載的需要，盡力一個能量的控制器，也可能是硬件的一套系統(tǒng)，同時會建立能量分配的模型，當(dāng)然這個模型也會兼容到單系統(tǒng)和多系統(tǒng)的模擬。科威爾通過電池模擬，通過這樣的一種方式，我們系統(tǒng)就可以在實(shí)驗室做60%-70%需要在整上驗證一些工作，很大程度上可以降低在整車測試的成本，縮短一個整車開發(fā)上市時間。
對于病人來說，我運(yùn)行在發(fā)動機(jī)里面，發(fā)動機(jī)運(yùn)行的工況也是由原來的增成機(jī)的方式，我看到系統(tǒng)廠家，其實(shí)對于電池的動態(tài)拉載需求也是變得更高。大家知道在整個發(fā)動機(jī)里面，整個系統(tǒng)的集成密度是很高。但是在測試臺里面，是要兼容整個參數(shù)的調(diào)整范圍，同時里面會有一個很大的設(shè)置。所以怎么兼容參數(shù)寬泛的指標(biāo)，同時保證動態(tài)模擬的能力，首先做到在流量的分配策略和流量的控制快速響應(yīng)方面一些措施。
第二也是很重要的一點(diǎn)不斷的優(yōu)化和設(shè)計新的高校加濕器的設(shè)計。我們加濕器有很小的濃，才有可能在動態(tài)過程中，從帶速到荷載狀態(tài)下，有很快速的調(diào)整過程。那在整個快速的壓力和流量過程中，我們要保證燃料電池的壓差的協(xié)同控制，來保護(hù)我們膜電極不受壓力情況產(chǎn)生損害，這一塊我們有一個很好的算法設(shè)計。在測試仿真結(jié)合這一塊，我這里面也引用比較時髦的詞叫“數(shù)字雙胞胎”其實(shí)這個詞現(xiàn)在在整個工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域還是比較普遍的一些做法，我引用在這里面，我想基于模型化這樣一些思路。
首先，我們右邊有一個流程，這也是開發(fā)的流程。首先我們設(shè)計產(chǎn)品的目標(biāo)約束條件，首先用建模的方式，通過模型的設(shè)計，是否能滿足設(shè)計需求，如果滿足的話，可以制造出來測試數(shù)據(jù)，又可以實(shí)時地標(biāo)定我們的模型來形成一個更加貼合模型的狀態(tài)，能形成實(shí)際電堆，跟數(shù)字化電堆來完美對應(yīng)的關(guān)系。
我們還是希望這樣一個數(shù)字轉(zhuǎn)型，或者說我們數(shù)字雙胞胎從角度來講，可以是燃料電池，可以是BOP組建，通過實(shí)際的測試數(shù)據(jù)來不斷地標(biāo)定和功能的定義。這樣有一個好處，將來是否把這個模型進(jìn)一步做簡化。比如說電池的廠家，通過簡化的模擬，提供給一些廠家，這些廠家可以根據(jù)模型做一些特定的分析。不像以前，電池的廠家跟系統(tǒng)廠家可能就是典型工況一下電力狀態(tài)值，通過如果簡化模擬的傳遞模式可以傳遞的一個立體化的電池狀態(tài)，更有利于信息的有效傳遞和測試結(jié)果有效傳遞。
在測試仿真這一塊，剛才有一位老師也講了，有很多方式通過硬件的方式，可以做控制器控制策略的開發(fā)，整個能力和極限工況下的評價，另外我們正在做的一件事情，因為我們開發(fā)很多燃料電池子系統(tǒng)的測試臺架，其中最核心的裝置就是燃料電池模擬器。那我們通過流體期間可以模擬陰極、陽極水路的功率，模擬整個電功率的體現(xiàn)，所以這些東西都可以通過模型來推動，進(jìn)而對整個子系統(tǒng)進(jìn)行測試評價。在測試和診斷這一塊，我這兒也列出很多相關(guān)方法，我們最簡單的極化曲線的方法，還有EIS方法，還有其他的裝置和方法，來看到可視化內(nèi)部發(fā)生的一些過程。
這一塊，我們目前正在做的一些工作，首先測試軟件實(shí)現(xiàn)了主流的電話工站的數(shù)據(jù)的控制和集成，可以一個人控制兩臺設(shè)備。
第二是開發(fā)滿足單電池到大功率電堆的燃料電池專用電子負(fù)載在國內(nèi)找不到，所以在特定的負(fù)載上，我們做相關(guān)的開發(fā)。目前我們也在跟交大的做合作，開發(fā)大功率電堆的診斷的設(shè)備，核心也是基月CVM儀器中的線性負(fù)載，同時在COM（音）中，可以信號采集和數(shù)據(jù)處理單位，能夠?qū)崿F(xiàn)在線處理。
在快速活化工藝這一塊，這里面主流的過程，不再贅述。目前我們在做的一件事情，我們跟國內(nèi)的高校，包括國內(nèi)的頭部企業(yè)在做產(chǎn)學(xué)研用的開發(fā)，我們希望通過這樣的一個開發(fā)過程，能形成燃料電池快速活化的方法，對壽命評價的影響，燃料電池這種活化工藝，包括針對這種工藝燃料電池專業(yè)的活化設(shè)備的開發(fā)，當(dāng)然也希望通過這樣的過程，能形成快速活化標(biāo)準(zhǔn)形成。
我們現(xiàn)在正在給國外廠家在開發(fā)，比如說特定的活化工藝，比如說陰極活化的設(shè)計，針對活化生產(chǎn)測試這些所需要的能力。
接下來再講一下，我們也借鑒其他行業(yè)的經(jīng)驗，來分享一下在燃料電池測試裝備這一塊是如何做相關(guān)的評價。首先是系統(tǒng)的劑量和校準(zhǔn)，很多的把件拆下來，本身不是系統(tǒng)層面，所以現(xiàn)在做法增加一些接口，對于系統(tǒng)做相關(guān)的校準(zhǔn)和計量的工作，當(dāng)然圍繞產(chǎn)品的功能和指標(biāo)做很多的穩(wěn)態(tài)工況條件的測試和穩(wěn)態(tài)條件的測試。剛才也提到，本身涉及到氫能的使用，涉及到壓力的測試，所以在人機(jī)安全回路的處理上也有一些相關(guān)的處理方法。
最后一點(diǎn)，在汽車行業(yè)，針對燃料電池來說，我們還有很多問題需要解決，比如說燃料電池過程的一個不穩(wěn)定性。
科威爾也在積極參加相關(guān)的一些標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)過程，包括今天的活動，也能看出我們非常積極地愿意去加入行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)制定活動中，從測試標(biāo)準(zhǔn)上，鮮艷獻(xiàn)策保證標(biāo)準(zhǔn)落地。
第二我們也在建立非盈利性的測資源能力，比如說在北京建立公共測試服務(wù)，測試設(shè)備都是科威爾在投，但是科威爾主要是做測試的展示，我們會把能力給第三方的檢測機(jī)構(gòu)來使用，我們也愿意做整個測試標(biāo)準(zhǔn)的驗證工作。
最后，我簡單介紹一下，科威爾的燃料電池業(yè)務(wù)板塊狀態(tài)，因為科威爾去年9月份上市，號稱國內(nèi)燃料電池第一股。目前大家對科威爾的認(rèn)知，科威爾是一家電源的企業(yè)，其實(shí)在今年開始，包括從2017年開始，已經(jīng)在燃料電池測試裝備做了很多嘗試和努力，目前燃料電池業(yè)務(wù)是以燃料電池事業(yè)部的方式進(jìn)行業(yè)務(wù)推動。目前的研發(fā)人員到年底到60人左右，總?cè)藬?shù)可以達(dá)到90人，明年總?cè)藬?shù)可以達(dá)到150人，整個團(tuán)隊的人員結(jié)構(gòu)也發(fā)生非常大的變化。我們?nèi)藛T團(tuán)隊是搞流體力學(xué)搞燃料電池算法控制這些人員來組成，這就是針對我剛才講的內(nèi)容，我們在整個事業(yè)部成立之初，就做了完整業(yè)務(wù)規(guī)劃。
科威爾希望做全產(chǎn)業(yè)鏈的燃料電池測試裝備的產(chǎn)品，我們陸續(xù)推出短堆到大功率，BOP組建的測試，發(fā)動機(jī)組的測試，都會由陸續(xù)的產(chǎn)品來推出。
最后也歡迎大家多了解一下科威爾的燃料電池相關(guān)的產(chǎn)品，我的演講就這么多。謝謝大家！
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