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    氢燃料电池处于爆发前夕 新能源可靠性测试迎来新挑战

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  • 全球能源行业正经历着以低碳化、无碳化、低污染为方向的第三次能源变革,氢能作为一种清洁、高效、安全、可持续的二次能源,可通过一次能源、二次能源及工业领域等多种途径获取,氢能将成为第三次能源变革的重要媒介。国家大力发展新能源汽车,不断出台政策推动新能源汽车发展。甚至,2020年10月9日,国务院常务会议通过了《新能源汽车产业发展规划》,明确指出要加强充换电、加氢等基础设施建设,加快形成快充为主的高速公路和城乡公共充电网络。政府大力推动氢燃料电池发展,部分车企也持续进行研发、生产、应用氢燃料电池汽车,氢燃料电池成为下一个风口。

    氢燃料电池处于爆发前夕 新能源可靠性测试迎来新挑战

    丨“政策扶持”+“技术进步”双管齐下,大力推动氢燃料电池发展

    一、政策力推氢燃料电池成为新能源电池主力军

    2019 年氢能源首次写入《政府工作报告》,将氢能纳入中国能源体系之中,我国真正开启氢能大发展元年,按照白皮书路线规划,预计到 2050 年氢能在中国能源体 系中的占比约为 10%,氢气需求量接近 6000 万吨,年经济产值超过 10 万亿元,全国加氢站达到 10000 座以上,燃料电池汽车年产量达到 520 万辆。

    氢燃料电池处于爆发前夕 新能源可靠性测试迎来新挑战我国燃料电池汽车保有量及燃料电池系统产能规划

    政策强力支持氢燃料电池汽车发展,可以预见,氢燃料电池汽车将迎来一个高速增长期。

    为什么政府急于扶持发展氢能源燃料电池汽车?根据联合国数据表明,我国减排任务艰巨,年排放量位居世界第一。2018 年中国碳排放达到 137 亿吨,同比增长 1.6%。尽管我国碳排放的增速已经放缓,但从总量看, 占全球总排放量的 1/4 以上,仍是全球排名第一的碳排放国。作为世界工厂,在产业链日趋完善、国产制造加工能力与日俱增的同时,我国的碳排放量也快速攀升。作为 负责任的大国,走低碳节能发展之路既是我国的责任所系,亦是使命所向。

    氢燃料电池处于爆发前夕 新能源可靠性测试迎来新挑战全球主要碳排放大国二氧化碳排放情况

    氢燃料电池汽车的发展之所以获得政府的不断重视,与其能源特性有关,一方面,从能源发展视角看,从化石能源向清洁能源转变过程中,氢气+电的组合可能是最好的最终形式;另一方面,随着我国2060年实现碳中和目标的提出,氢气作为再生能源的储能载体,可以将难以并入电网的大量风电、光电以及国内大量工业副产氢充分利用起来,承担调峰作用,是满足碳中和目标的关键举措之一。

    据了解,目前我国每年约有500万吨的副产氢气,可满足约200万辆乘用车或50万辆商用车的使用需求。“在2025年之前,氢能产业的发展主要依赖于副产氢,这些氢不管它是从哪儿来的,它已经产生了,我们可以去充分地利用,不会增加额外的污染。但是未来,氢能产业的发展,绝不是走化石能源制氢,一定是可再生能源,清洁的制氢,这必将是未来的方向。

    二、技术的进步,给氢燃料电池的发展带来强有力的支撑

    目前国内有几所高校进行氢能汽车的自主研发和校企合作,尤以清华大学和武汉理工大学最为突出,如清华大学在863项目中研制出“氢能系列”PEMFC①公交车,武汉理工大学研制出了“楚天系列”FCEV②。

    氢燃料电池处于爆发前夕 新能源可靠性测试迎来新挑战

    上海汽车的荣威850插电式氢燃料电池轿车搭载了两个700bar氢气瓶,放在后排,其H2储量可达到4.34kg,最大续航里程为400km,可实现纯电动模式和氢能源模式,其中纯电动模式仅为应急,最多只能行驶30km,当两者共同工作时可以续航400km。

    此外,国内还有一些公司对氢能汽车进行了研究,但都处于研发及示范考核阶段,想要尽快大规模市场化还需要进一步的技术研究。

    氢燃料电池处于爆发前夕 新能源可靠性测试迎来新挑战我国氢能产业基础设施技术发展路线

    氢燃料电池商业化进程正在加速。前不久,中国科学院院士欧阳明高表示,近两年中国燃料电池技术研发取得了巨大进步,和五年前相比各种性能指标都出现了大幅的提高,氢燃料电池技术在中国的产业链已经建立起来,国家的示范推广项目一旦开始,明年将会腾飞。

    丨在氢燃料电池研发路上,可靠性测试应何去何从?

    从全球范围来看,近几年我国氢燃料电池虽然发展迅速,但是和世界先进水平相比还有相当大的差距。相关技术还处于工程化开发阶段,与日本等标杆产品相比,在可靠性、冷启动、功率特性等主要技术性指标上还存在很大差距。

    《新能源汽车产业发展规划(2021-2035年)》提出,攻克氢能储运、加氢站、车载储氢等氢燃料电池汽车应用支撑技术;开展正负极材料、电解液、隔膜、膜电极等关键核心技术研究,加强高强度、轻量化、高安全、低成本、长寿命的动力电池和燃料电池系统短板技术攻关等。

    目前我国燃料电池的不少关键原材料仍然需要依赖进口才可以达到长寿命、高可靠等要求,所以国内自主品牌需要实现关键技术和工艺的突破,掌握核心技术和知识产权,推动更多氢燃料电池相关零部件的国产化替代。只有保证这些基础材料和关键零部件的高可靠性,才有可能保证氢燃料电池的长寿命和高可靠性,让氢燃料电池的商用车和乘用车更好的普及。

    科明在国内是首批开启新能源可靠性测试领域的环境模拟可靠性测试设备企业,在新能源领域也取得了优秀的成绩,服务过众多知名企业,享誉口碑。面对氢能源可靠性测试的难题,科明也从不退缩,迎难而上,不断的研发创新,助力氢燃料电池的核心技术的研究与突破。

    氢燃料电池处于爆发前夕 新能源可靠性测试迎来新挑战科明系广东省新能源汽车产业协会会员单位氢燃料电池处于爆发前夕 新能源可靠性测试迎来新挑战科明新能源快速温变试验箱ESS-1000L

    丨氢燃料电池环境可靠性测试的突破点

    氢燃料电池汽车不再是传统意义上的汽车。氢燃料电池汽车与传统汽车的区别, 主要在于动力系统方面有本质区别; 氢燃料电池汽车与一般电动汽车的区别, 主要在于动力电池的工作原理不同。但是, 氢燃料电池汽车的布置是在传统原型车的基础上进行的改进设计, 此外, 燃料电池汽车作为人类出行和运输的交通工具, 在使用要求方面与传统汽车是一致的。

    氢燃料电池处于爆发前夕 新能源可靠性测试迎来新挑战燃料电池汽车俯视图

    因此, 评价燃料电池汽车可靠性, 既要参照传统汽车的可靠性评价试验方法, 又要所区别。燃料电池汽车与传统汽车相比, 具有以下特点:

    1) 燃料电池汽车的动力系统与传统内燃机汽车完全不同。

    2) 燃料电池汽车的布置是在传统汽车基础上完成的, 但燃料电池汽车的自身结构特点导致整车受力的变化。

    3) 燃料电池汽车的电子电气部件相当多。

    在参照传统汽车环境可靠性试验方法基础上, 充分考虑燃料电池汽车自身特点, 评价燃料电池汽车环境可靠性可参考以下试验方法:

    一、氢燃料电池系统高低温试验

    氢燃料电池系统的高低温试验主要对电池进行高低温例行试验、耐寒、耐高温试验,以便对试验中拟定环境条件下的产品性能、行为作出分析及评估。

    参考试验标准:GB/T 2423.1-2008电工电子产品基本环境试验规程 试验A:低温试验方法

    GB/T 2423.2-2008电工电子产品基本环境试验规程 试验B:高温试验方法

    GJB150.3A-2009 高温试验

    GJB150.4A-2009 低温试验

    试验设备:步入式燃料电池系统高低温试验室

    氢燃料电池处于爆发前夕 新能源可靠性测试迎来新挑战

    设备特点:1、试验室具有内氢浓度监测及报警系统、氢浓度超限强排系统;

    2、试验室内的照明系统、插座以及电器件均设有防爆保护;

    3、实验室内装有烟雾探测器,电池燃烧或爆炸时可自动/手动启动灭火器;

    4、试验室内有热源情况下,可保持恒温不影响试验结果;

    5、配有冷却水、压缩空气、氢气、电缆进出接口。

    二、氢燃料电池系统湿热低气压复合试验

    氢燃料电池系统湿热气压复合试验主要对电池进行高低温湿热和低气压试验,模拟温度变化和海拔高度变化的单项或组合条件下的可靠性试验,以便产品设计、改进、鉴定及出厂检验。

    参考试验标准:GB/T 2423.1-2008电工电子产品基本环境试验规程 试验A:低温试验方法

    GB/T 2423.2-2008电工电子产品基本环境试验规程 试验B:高温试验方法

    GB/T 2423.3-2008(IEC68-2-3)试验Ca:恒定湿热试验方法。

    GB/T 2423.4-2008(IEC68-2—30)试验Db:交变湿热试验方法。

    GB/T 2423.21-2008 低气压试验方法 M

    GB/T 2423.25-2008 低温/低气压综合试验Z/AM

    GB/T 2423.26-2008 试验高温/低气压综合试验Z/BM

    GJB150.2A-2009 低气压(高度)试验

    GJB150.3A-2009 高温试验

    GJB150.4A-2009 低温试验

    GJB150.6A-2009 温度高度试验

    GJBl50.9-2009(MIL-STD-810D)湿热试验方法。

    试验设备:步入式燃料电池系统湿热低气压复合试验室

    氢燃料电池处于爆发前夕 新能源可靠性测试迎来新挑战氢燃料电池处于爆发前夕 新能源可靠性测试迎来新挑战

    设备特点:1、配有完整真空低气压调节控制系统,可进行连续压力速率调节,自动控制调

    节气压真空度

    2、试验室具有内氢浓度监测及报警系统、氢浓度超限强排系统;

    3、试验室内的照明系统、插座以及电器件均设有防爆保护;

    4、实验室内装有烟雾探测器,电池燃烧或爆炸时可自动/手动启动灭火器;

    5、试验室内有热源情况下,可保持恒温不影响试验结果;

    6、配有冷却水、压缩空气、氢气、电缆进出接口。

    三、PEM氢燃料电池电堆低温特性试验

    PEM氢燃料电池电堆低温特性试验主要对电池进行低温试验,模拟温度变化和低温环境下的可靠性试验,以便测试PEM氢燃料电池的低温启动性能。

    参考试验标准:GB/T 31035-2014 质子交换膜燃料电池电堆低温特性试验方法

    GB/T 2423.1-2008电工电子产品基本环境试验规程 试验A:低温试验方法

    GJB150.4A-2009 低温试验

    试验设备:步入式PEM氢燃料电池高低温试验室

    氢燃料电池处于爆发前夕 新能源可靠性测试迎来新挑战

    设备特点:1、试验室内有热源情况下,可保持恒温不影响试验结果;

    2、行业率先应用的流体仿真设计技术与产品工艺制造技术(产品更节能);

    3、可通过局域网(LAN)RS232/485连接组成试验室测控网络,实现远程监控,方便用户系统集成与自动化监测。

    科明作为新能源可靠性测试的先行者,有自信、有决心、有实力突破氢燃料电池可靠性测试技术难点,助力氢燃料电池的技术发展,为全球第三次能源变革进程以及推进氢燃料电池汽车的普及,贡献提供强有力的支撑。

    注释:①PEMFC:质子交换膜燃料电池;

    ②FCEV:燃料电池电动汽车。

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