氫燃料電池處于爆發(fā)前夕 新能源可靠性測試迎來新挑戰(zhàn)
全球能源行業(yè)正經(jīng)歷著以低碳化、無碳化、低污染為方向的第三次能源變革，氫能作為一種清潔、高效、安全、可持續(xù)的二次能源，可通過一次能源、二次能源及工業(yè)領(lǐng)域等多種途徑獲取，氫能將成為第三次能源變革的重要媒介。國家大力發(fā)展新能源汽車，不斷出臺政策推動新能源汽車發(fā)展。甚至，2020年10月9日，國務(wù)院常務(wù)會議通過了《新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃》，明確指出要加強充換電、加氫等基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，加快形成快充為主的高速公路和城鄉(xiāng)公共充電網(wǎng)絡(luò)。政府大力推動氫燃料電池發(fā)展，部分車企也持續(xù)進(jìn)行研發(fā)、生產(chǎn)、應(yīng)用氫燃料電池汽車，氫燃料電池成為下一個風(fēng)口。
丨“政策扶持”＋“技術(shù)進(jìn)步”雙管齊下，大力推動氫燃料電池發(fā)展
一、政策力推氫燃料電池成為新能源電池主力軍
2019 年氫能源首次寫入《政府工作報告》，將氫能納入中國能源體系之中，我國真正開啟氫能大發(fā)展元年，按照白皮書路線規(guī)劃，預(yù)計到 2050 年氫能在中國能源體 系中的占比約為 10%，氫氣需求量接近 6000 萬噸，年經(jīng)濟產(chǎn)值超過 10 萬億元，全國加氫站達(dá)到 10000 座以上，燃料電池汽車年產(chǎn)量達(dá)到 520 萬輛。
政策強力支持氫燃料電池汽車發(fā)展，可以預(yù)見，氫燃料電池汽車將迎來一個高速增長期。
為什么政府急于扶持發(fā)展氫能源燃料電池汽車？根據(jù)聯(lián)合國數(shù)據(jù)表明，我國減排任務(wù)艱巨，年排放量位居世界第一。2018 年中國碳排放達(dá)到 137 億噸，同比增長 1.6%。盡管我國碳排放的增速已經(jīng)放緩，但從總量看， 占全球總排放量的 1/4 以上，仍是全球排名第一的碳排放國。作為世界工廠，在產(chǎn)業(yè)鏈日趨完善、國產(chǎn)制造加工能力與日俱增的同時，我國的碳排放量也快速攀升。作為 負(fù)責(zé)任的大國，走低碳節(jié)能發(fā)展之路既是我國的責(zé)任所系，亦是使命所向。
氫燃料電池汽車的發(fā)展之所以獲得政府的不斷重視，與其能源特性有關(guān)，一方面，從能源發(fā)展視角看，從化石能源向清潔能源轉(zhuǎn)變過程中，氫氣+電的組合可能是最好的最終形式；另一方面，隨著我國2060年實現(xiàn)碳中和目標(biāo)的提出，氫氣作為再生能源的儲能載體，可以將難以并入電網(wǎng)的大量風(fēng)電、光電以及國內(nèi)大量工業(yè)副產(chǎn)氫充分利用起來，承擔(dān)調(diào)峰作用，是滿足碳中和目標(biāo)的關(guān)鍵舉措之一。
據(jù)了解，目前我國每年約有500萬噸的副產(chǎn)氫氣，可滿足約200萬輛乘用車或50萬輛商用車的使用需求?！霸?025年之前，氫能產(chǎn)業(yè)的發(fā)展主要依賴于副產(chǎn)氫，這些氫不管它是從哪兒來的，它已經(jīng)產(chǎn)生了，我們可以去充分地利用，不會增加額外的污染。但是未來，氫能產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，絕不是走化石能源制氫，一定是可再生能源，清潔的制氫，這必將是未來的方向。
二、技術(shù)的進(jìn)步，給氫燃料電池的發(fā)展帶來強有力的支撐
目前國內(nèi)有幾所高校進(jìn)行氫能汽車的自主研發(fā)和校企合作，尤以清華大學(xué)和武漢理工大學(xué)最為突出，如清華大學(xué)在863項目中研制出“氫能系列”PEMFC①公交車，武漢理工大學(xué)研制出了“楚天系列”FCEV②。
上海汽車的榮威850插電式氫燃料電池轎車搭載了兩個700bar氫氣瓶，放在后排，其H2儲量可達(dá)到4.34kg，最大續(xù)航里程為400km，可實現(xiàn)純電動模式和氫能源模式，其中純電動模式僅為應(yīng)急，最多只能行駛30km，當(dāng)兩者共同工作時可以續(xù)航400km。
此外，國內(nèi)還有一些公司對氫能汽車進(jìn)行了研究，但都處于研發(fā)及示范考核階段，想要盡快大規(guī)模市場化還需要進(jìn)一步的技術(shù)研究。
氫燃料電池商業(yè)化進(jìn)程正在加速。前不久，中國科學(xué)院院士歐陽明高表示，近兩年中國燃料電池技術(shù)研發(fā)取得了巨大進(jìn)步，和五年前相比各種性能指標(biāo)都出現(xiàn)了大幅的提高，氫燃料電池技術(shù)在中國的產(chǎn)業(yè)鏈已經(jīng)建立起來，國家的示范推廣項目一旦開始，明年將會騰飛。
丨在氫燃料電池研發(fā)路上，可靠性測試應(yīng)何去何從？
從全球范圍來看，近幾年我國氫燃料電池雖然發(fā)展迅速，但是和世界先進(jìn)水平相比還有相當(dāng)大的差距。相關(guān)技術(shù)還處于工程化開發(fā)階段，與日本等標(biāo)桿產(chǎn)品相比，在可靠性、冷啟動、功率特性等主要技術(shù)性指標(biāo)上還存在很大差距。
《新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃（2021-2035年）》提出，攻克氫能儲運、加氫站、車載儲氫等氫燃料電池汽車應(yīng)用支撐技術(shù)；開展正負(fù)極材料、電解液、隔膜、膜電極等關(guān)鍵核心技術(shù)研究，加強高強度、輕量化、高安全、低成本、長壽命的動力電池和燃料電池系統(tǒng)短板技術(shù)攻關(guān)等。
目前我國燃料電池的不少關(guān)鍵原材料仍然需要依賴進(jìn)口才可以達(dá)到長壽命、高可靠等要求，所以國內(nèi)自主品牌需要實現(xiàn)關(guān)鍵技術(shù)和工藝的突破，掌握核心技術(shù)和知識產(chǎn)權(quán)，推動更多氫燃料電池相關(guān)零部件的國產(chǎn)化替代。只有保證這些基礎(chǔ)材料和關(guān)鍵零部件的高可靠性，才有可能保證氫燃料電池的長壽命和高可靠性，讓氫燃料電池的商用車和乘用車更好的普及。
科明在國內(nèi)是首批開啟新能源可靠性測試領(lǐng)域的環(huán)境模擬可靠性測試設(shè)備企業(yè)，在新能源領(lǐng)域也取得了優(yōu)秀的成績，服務(wù)過眾多知名企業(yè)，享譽口碑。面對氫能源可靠性測試的難題，科明也從不退縮，迎難而上，不斷的研發(fā)創(chuàng)新，助力氫燃料電池的核心技術(shù)的研究與突破。
科明系廣東省新能源汽車產(chǎn)業(yè)協(xié)會會員單位
科明新能源快速溫變試驗箱ESS-1000L
丨氫燃料電池環(huán)境可靠性測試的突破點
氫燃料電池汽車不再是傳統(tǒng)意義上的汽車。氫燃料電池汽車與傳統(tǒng)汽車的區(qū)別, 主要在于動力系統(tǒng)方面有本質(zhì)區(qū)別; 氫燃料電池汽車與一般電動汽車的區(qū)別, 主要在于動力電池的工作原理不同。但是, 氫燃料電池汽車的布置是在傳統(tǒng)原型車的基礎(chǔ)上進(jìn)行的改進(jìn)設(shè)計, 此外, 燃料電池汽車作為人類出行和運輸?shù)慕煌üぞ? 在使用要求方面與傳統(tǒng)汽車是一致的。
因此, 評價燃料電池汽車可靠性, 既要參照傳統(tǒng)汽車的可靠性評價試驗方法, 又要所區(qū)別。燃料電池汽車與傳統(tǒng)汽車相比, 具有以下特點:
1) 燃料電池汽車的動力系統(tǒng)與傳統(tǒng)內(nèi)燃機汽車完全不同。
2) 燃料電池汽車的布置是在傳統(tǒng)汽車基礎(chǔ)上完成的, 但燃料電池汽車的自身結(jié)構(gòu)特點導(dǎo)致整車受力的變化。
3) 燃料電池汽車的電子電氣部件相當(dāng)多。
在參照傳統(tǒng)汽車環(huán)境可靠性試驗方法基礎(chǔ)上, 充分考慮燃料電池汽車自身特點, 評價燃料電池汽車環(huán)境可靠性可參考以下試驗方法:
一、氫燃料電池系統(tǒng)高低溫試驗
氫燃料電池系統(tǒng)的高低溫試驗主要對電池進(jìn)行高低溫例行試驗、耐寒、耐高溫試驗，以便對試驗中擬定環(huán)境條件下的產(chǎn)品性能、行為作出分析及評估。
參考試驗標(biāo)準(zhǔn)：GB/T 2423.1-2008電工電子產(chǎn)品基本環(huán)境試驗規(guī)程 試驗A：低溫試驗方法
GB/T 2423.2-2008電工電子產(chǎn)品基本環(huán)境試驗規(guī)程 試驗B：高溫試驗方法
GJB150.3A-2009 高溫試驗
GJB150.4A-2009 低溫試驗
試驗設(shè)備：步入式燃料電池系統(tǒng)高低溫試驗室
設(shè)備特點：1、試驗室具有內(nèi)氫濃度監(jiān)測及報警系統(tǒng)、氫濃度超限強排系統(tǒng)；
2、試驗室內(nèi)的照明系統(tǒng)、插座以及電器件均設(shè)有防爆保護(hù)；
3、實驗室內(nèi)裝有煙霧探測器，電池燃燒或爆炸時可自動/手動啟動滅火器；
4、試驗室內(nèi)有熱源情況下，可保持恒溫不影響試驗結(jié)果；
5、配有冷卻水、壓縮空氣、氫氣、電纜進(jìn)出接口。
二、氫燃料電池系統(tǒng)濕熱低氣壓復(fù)合試驗
氫燃料電池系統(tǒng)濕熱氣壓復(fù)合試驗主要對電池進(jìn)行高低溫濕熱和低氣壓試驗，模擬溫度變化和海拔高度變化的單項或組合條件下的可靠性試驗，以便產(chǎn)品設(shè)計、改進(jìn)、鑒定及出廠檢驗。
參考試驗標(biāo)準(zhǔn)：GB/T 2423.1-2008電工電子產(chǎn)品基本環(huán)境試驗規(guī)程 試驗A：低溫試驗方法
GB/T 2423.2-2008電工電子產(chǎn)品基本環(huán)境試驗規(guī)程 試驗B：高溫試驗方法
GB/T 2423.3-2008(IEC68-2-3)試驗Ca:恒定濕熱試驗方法。
GB/T 2423.4-2008(IEC68-2—30)試驗Db:交變濕熱試驗方法。
GB/T 2423.21-2008 低氣壓試驗方法 M
GB/T 2423.25-2008 低溫/低氣壓綜合試驗Z/AM
GB/T 2423.26-2008 試驗高溫/低氣壓綜合試驗Z/BM
GJB150.2A-2009 低氣壓（高度）試驗
GJB150.3A-2009 高溫試驗
GJB150.4A-2009 低溫試驗
GJB150.6A-2009 溫度高度試驗
GJBl50.9-2009(MIL-STD-810D)濕熱試驗方法。
試驗設(shè)備：步入式燃料電池系統(tǒng)濕熱低氣壓復(fù)合試驗室
設(shè)備特點：1、配有完整真空低氣壓調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)，可進(jìn)行連續(xù)壓力速率調(diào)節(jié)，自動控制調(diào)
節(jié)氣壓真空度
2、試驗室具有內(nèi)氫濃度監(jiān)測及報警系統(tǒng)、氫濃度超限強排系統(tǒng)；
3、試驗室內(nèi)的照明系統(tǒng)、插座以及電器件均設(shè)有防爆保護(hù)；
4、實驗室內(nèi)裝有煙霧探測器，電池燃燒或爆炸時可自動/手動啟動滅火器；
5、試驗室內(nèi)有熱源情況下，可保持恒溫不影響試驗結(jié)果；
6、配有冷卻水、壓縮空氣、氫氣、電纜進(jìn)出接口。
三、PEM氫燃料電池電堆低溫特性試驗
PEM氫燃料電池電堆低溫特性試驗主要對電池進(jìn)行低溫試驗，模擬溫度變化和低溫環(huán)境下的可靠性試驗，以便測試PEM氫燃料電池的低溫啟動性能。
參考試驗標(biāo)準(zhǔn)：GB/T 31035-2014 質(zhì)子交換膜燃料電池電堆低溫特性試驗方法
GB/T 2423.1-2008電工電子產(chǎn)品基本環(huán)境試驗規(guī)程 試驗A：低溫試驗方法
GJB150.4A-2009 低溫試驗
試驗設(shè)備：步入式PEM氫燃料電池高低溫試驗室
設(shè)備特點：1、試驗室內(nèi)有熱源情況下，可保持恒溫不影響試驗結(jié)果；
2、行業(yè)率先應(yīng)用的流體仿真設(shè)計技術(shù)與產(chǎn)品工藝制造技術(shù)（產(chǎn)品更節(jié)能）；
3、可通過局域網(wǎng)（LAN）RS232/485連接組成試驗室測控網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控，方便用戶系統(tǒng)集成與自動化監(jiān)測。
科明作為新能源可靠性測試的先行者，有自信、有決心、有實力突破氫燃料電池可靠性測試技術(shù)難點，助力氫燃料電池的技術(shù)發(fā)展，為全球第三次能源變革進(jìn)程以及推進(jìn)氫燃料電池汽車的普及，貢獻(xiàn)提供強有力的支撐。
注釋：①PEMFC：質(zhì)子交換膜燃料電池；
②FCEV：燃料電池電動汽車。
