亿华通：燃料电池汽车开发中如何平衡技术和市场需求,该文是关于燃料电池方面毕业论文的格式范文与燃料电池汽车和市场需求和华通方面论文范文文献.
燃料电池论文参考文献：
本刊记者／甄文媛
近两年来,燃料电池汽车在行业的热度逐渐上升,今年更被视为商业化应用的元年.然而,当前国内燃料电池汽车的技术水平是否足以支撑其进行商业化示范运营,除了整车企业,核心零部件供应商最为清楚.作为国内当前为数不多的可生产车用燃料电池系统的企业,北京亿华通科技股份有限公司（以下简称“亿华通”）的产品已被宇通、金龙、福田、申龙、四方机车等国内主流整车厂选用,其系统所搭载的氢燃料电池客车先后服务于北京奥运会、上海世*.这家自" 九五计划" 起就涉足这一领域的公司已经在新三板挂牌上市一年多,据称是" 中国氢能第一股".近日,北京亿华通科技股份有限公司研发中心主任戴威与我们分享了亿华通在燃料电池动力系统的开发和产业化方面的经验与想法.
客户思维解决技术挑战
《汽车纵横》：近年来,各方对燃料电池汽车的关注度越来越高.但就技术角度而言,燃料电池汽车仍存在不少难题.作为国内燃料电池汽车的核心零部件供应商,您认为目前燃料电池技术难在哪里？亿华通对电池系统设计的整体思路是怎样的？
戴威：燃料电池涉及的学科门类特别多,总体上,它是一个多相流、多尺度、动态复杂的系统,涉及水、气和固体；它的催化剂是纳米尺度,它的载体是微米尺度,它的流道是宏观尺度.而且,燃料电池处于持续稳定的状态,有一定的功率变化,在工作状态变化时,其支持的操作条件也在变化,所以它始终在一个动态复杂平衡的状态下运行,想做好燃料电池系统是非常难的.
我们的整个系统上面是氢气系统,下面是空气系统、冷却系统、电力系统.当装在车上时,动力系统主要是燃料电池系统加上DCDC,加上一些附件,加上动力电池进行电电混合,对动力电机进行驱动.
《汽车纵横》：在进行燃料电池系统开发的过程中,通常会遇到哪些难题？您认为在技术层面最大的挑战是什么？亿华通是如何解决的？
戴威：我们在选择燃料电池动力系统时会碰到的第一个问题就是燃料电池究竟用多大的功率.功率的需求有很多种计算方式,以轿车为例,我们计算的是它的需求功率,即它在不同的速度下稳定持续输出时需要多少功率.我们发现,其实一般轿车在120 公里/ 每小时的速度下,它平均功率只需要32 千瓦.对于商用车来说,我们经过数个实例的计算,通常在满载的情况下,百公里运行时大概分别需要9、86 和112 千瓦,这就给我们做整个燃料电池系统设计时如何选择功率提供了依据.
散热系统是我们在实际做的过程当中遇到的比较大的挑战,但其实是很多人不够重视它.燃料电池在它的标准额定工况运行时,散热和电能差不多是1：1 的关系,怎么有效把热量散出去是我们要解决的.特别是环境温度到了50 多度,因为温差很小,会给散热带来很大的困难,如何做好散热系统、怎么综合利用燃料电池发出的热量是很大的挑战.
对于DCDC 来说,现在我们大多数在市面上使用的燃料电池DCDC 都是非隔离式.非隔离式和隔离式各有各的优缺点,DCDC 把现在纯粹升压的装置变成一个和燃料电池密切相关的专用的DCDC,要针对燃料电池开发很多特殊的功能,比方说以丰田为例,它的DCDC 就具有燃料电池电堆含水量状态的功能,我们认为这是未来发展的必然趋势.此外,还有一个可能的发展趋势就是整个DCDC 的电控系统和燃料电池的电控系统的合一,我们认为未来整个电控系统也会从多头控制变成单一控制的模式.
《汽车纵横》：在目前新能源汽车的推广应用中,寒冷环境下的正常运行是当前许多产品没有真正解决好的一大问题,所以在国内越往北的城市,新能源汽车产品相对要少.燃料电池汽车的低温适应性如何？当前的技术能否解决好低温环境下正常启动运行的问题？
戴威：冷启动也是我们做燃料电池汽车遇到的一个重大挑战.我们认为,对于燃料电池汽车来讲,冷启动是整车问题,而不单纯是燃料电池本身的问题,燃料电池本身具备低温下的储存和启动的能力.从整车的角度讲,怎么利用整车综合热管理来减轻燃料电池冷启动的压力？因为燃料电池是可以冷启动的,但是它的冷启动要付出代价,要么让燃料电池付出代价,要么通过系统整体的设计和其他比较耐用的部分分担它的痛苦,达到整车冷启动的效果.
在我们和整车厂讨论的过程中,整车厂表示对冷启动的要求很简单,即5 分钟的时候要达到50% 的输出功率.然后我就问,如果零下30 度的情况下,一辆柴油车是不是点着5 分钟内就要开走？整车厂的人员则表示首先要给整个柴油车暖机,大概15 到20 分钟,然后再打火.但是电动车在零下30 度的时候也要给它加温保温,让它达到工作状态才开始启动.平常燃油车5 分钟打着就能走吗？这个就有点过分了.所以我们非常希望和整车厂一起探讨如何能够满足客户实际需求,如果客户在实际应用中可以接受15 分钟或者20 分钟启动车辆（指商用车）,其实冷启动问题会容易解决得多,因为我们平时没有必要追求最高精尖的技术,我们提供的产品只要能满足客户的需求就可以.
《汽车纵横》：不少业内专家指出,寿命问题是当前燃料电池产品的一大短板.对此,亿华通有什么解决办法？
戴威：耐久性问题很重要.从动力系统角度来解决其实就是遵循两个原则.第一是我们用优化控制策略保证燃料电池尽量在一个它最适宜的区间工作.第二则通过控制尽量避免燃料电池在其不适应的条件下工作.
因为燃料电池本身的寿命是由它的材料、MEA 本身的特性决定的,它的天花板就是围绕着这个材料耐受5 万个小时,MEA 可以做到3 万小时.系统设计就是要创造一个合适的工作条件尽量保护燃料电池,让它能够达到足够长的寿命.不少整车厂提出的寿命指标要求还是非常高的,比如最少要达到5万小时.从材料本身的角度我们可以一起努力,另外从整车系统的控制策略上也是可以实现的.
针对材料寿命,从系统角度我们要做的一个重要工作是判定工况条件对燃料电池寿命的影响,比如影响最大的是启停的变化、负载循环的变化、怠速,甚至还有空气中PM2.5 的浓度等等.我们通过分析这些工况条件进行整体设计,尽量避免这些不利工况.
整车角度做好系统开发
《汽车纵横》：展望未来,您认为燃料电池汽车系统的开发应当采取什么模式？您如何评价中国与国外的发展模式之间的差异？从核心零部件生产商角度来看,当前国内的技术路线有哪些优势？
戴威：以前做燃料电池通常采用自下而上的方式,即做出世界上最好的电机,最好的电堆,最好的发动机,然后再把发动机装在整车上,实现世界领先.但是这种自下而上的方式往往忽略了整车对燃料电池发动机系统的需求,流程也存在不规范的情况.而且燃料电池存在多种衰减模式,状态和工况又是耦合的关系,再加上环境特别复杂,有一定的随机性和复杂性,不能保证它是不是一脚油门踩到底.整个系统里面只要有一个短板,整个发动机就会严重受限.所以我们提出从整车的角度做一个顶层设计,对燃料电池提出需求.自下向上根据它自身的特性和整车进行协调,假如有的可以满足要求,有的确实达不到,怎样通过互相妥协来达到平衡？这就是我们的模式.这个模式成功的范例就是丰田.比较失败的就是世界上某些著名的燃料电池电堆开发企业,他认为自己的电堆是全世界最好的电堆,而没有考虑整车对燃料电池的需求.
丰田在车型上采取了全功率的燃料电池的模式,为什么它会这么做呢？我们分析,它整车的开发是基于现有的普锐斯动力平台,利用现有的零部件,或者稍微把现有零件做一些适应燃料电池车型的改进,这是降低成本最好的方法.但是从燃料电池本身的角度来说,它牺牲了燃料电池的一些特性,因为燃料电池比较喜欢在持续稳定的状态下工作,它不喜欢这种剧烈的工况变化.丰田是出于整车设计的考虑,所以采取了这样的技术路线.
对于我们国家来说,燃料电池车型的开发其实并不是基于混合动力汽车的平台,而是基于电动车的平台.我们要根据自己的优势和缺点来决定自己的开发路线,而不是完全照搬丰田的技术路线.我希望燃料电池与锂电池形成电电混合,燃料电池持续输出它的平均功率,让电池来承担功率区别的变化,这个方式可以降低整车的成本,毕竟燃料电池目前还比较贵,小一点的燃料电池能让整个车的成本降低.另外燃料电池在一个持续稳定的状态下工作,它的寿命得以延长,而且我们也可以利用很多现有的电动车供应链.
市场需求决定技术趋势
《汽车纵横》：近两年特别是今年以来,燃料电池汽车的商用化被不断提及.您认为当前技术是否足以开始进行商业化运行？哪些领域可以首先实现突破？如何用好现有技术满足客户的需求？
戴威：燃料电池动力系统发展的趋势首先应该基于市场的需求.即什么样的客户有这类需求,这个客户的痛点在哪里,为什么他愿意付出额外的钱来解决他的痛点.我们认为现在比较好的应用是客车、物流车、特种车等.
对客户而言,无非关心两个问题,一个是成本一个是寿命.成本也包括两个方面,一个是买不买得起,第二是用不用得起.所以我们整车包括动力系统开发应该是随着我们技术的进步阶段而采取不同的技术路线,满足当时客户的需求.比如当燃料电池功率和寿命都能独立满足车辆的需求时,我们可以采取全功率的方式.
但是在过渡阶段,我们要根据现有的技术推出一个客户能够接受而且能解决痛点的产品,这样才能够将商业化手段和国家政策大方向的支持结合,让燃料电池客车实现可持续发展.
因此行业内不要闭门造车,闭门思考究竟采取什么样的模式,怎么一步步提高电池的功率密度,怎样简化整个系统,因为系统简化并不仅是燃料电池的简化,还要考虑是否能和整车热管理结合起来,是不是可以提升BOP 的系统.另外一个很重要的核心技术就是控制策略,即如何通过控制条件来控制燃料电池的运行,如何诊断发现可能潜在的问题,出现了问题怎么去辨识等.
从燃料电池本身的发展趋势来讲,我们认为它一定会向高功率发展,目前30 千瓦可以满足需求,但是未来功率会越来越高.未来也会从石墨板发展到金属板,总的趋势一定是低成本和国产化.至于技术路线还是要根据客户的运营需求来选择,比如是低压还是高压?如果低压他能够接受,而且体积也很小,成本也比较低,为什么不能采用这种方式呢？
《汽车纵横》：除了燃料电池技术本身的挑战,当前国内燃料电池汽车的核心零部件供应商还面临哪些问题？您对当前发展中遇到的问题有哪些建议？
戴威：首先是与整车厂需求的沟通与顶层设计,比如电电混合的动力匹配,热管理系统和冷启动解决方案需要电池厂与整车厂配合,整车布置优化,关键零部件空压机、风机等等都是很大的挑战.其次是市场的需求与产品的定位,我们究竟要开发一个什么样的动力系统,这个动力系统是给谁来使用的,很多城市的补贴政策都没有明确.在国家的补贴政策中,运营车辆里程必须达到3 万公里的要求给整车厂造成了很大的压力.还有就是如何找到合适的商业模式,燃料电池车型的推广不是为了推广而推广,而是我们在某些特定的场景找到一个合适的商业模式,让它自身通过市场的力量持续发展下去,早期需要通过国家的补贴政策和其他扶持将它扶上马送一程,但是最后还是要依靠市场的力量.
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李建秋：对国内氢燃料电池汽车推广应用看法
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章桐：为燃料电池汽车商业化算笔经济账
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