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下一代乘用车及商用车的燃料电池系统解决方案

2019-12-25 21:23:09·  来源：AVL李斯特  
　
在今年的FCVC燃料电池大会上，奥地利AVL李斯特公司燃料电池系统全球产品经理William RESENDE就下一代乘用车及商用车的燃料电池系统解决方案发表了演讲。AVL是一
 
在今年的FCVC燃料电池大会上，奥地利AVL李斯特公司燃料电池系统全球产品经理William RESENDE就“下一代乘用车及商用车的燃料电池系统解决方案”发表了演讲。
AVL是一家全球性的公司，有70年的历史，65%的员工都是科学家和工程师，我们在2019年的营业额将达到19亿欧元。在燃料电池业务上，我们在加拿大，奥地利和匈牙利分别设有电堆研发团队，系统设计团队以及测试团队。
 
我们的服务对象从零部件，子系统，系统到整车集成，服务内容涵盖仿真，设计，测试三个主要领域。在零部件设计阶段我们可以为客户提供先进的仿真工具来简化MEA及电堆的设计，还会提供单体电池及电堆的测试台架。在系统设计阶段我们可以为客户提供系统的控制策略和软件，以及燃料电池系统测试平台。在整车集成阶段，我们可以提供整套自动化测试设备及优化软件，帮助客户在实车上实现燃料电池系统的最佳性能。
接下来我想谈一下燃料电池汽车的市场驱动因素到底有哪些。加氢是首先要考虑的因素，目前乘用车的加氢时间在3-5分钟，商用车一般在15分钟左右。成本是第二个考虑因素，尤其是当我们讨论车队运营的时候。对商用车而言，低于5欧元是我们的目标。系统整体重量也是一个重要的考量因素，根据我们的经验，乘用车燃料电池系统的重量和普通汽油机系统的重量大致相等，商用车燃料电池系统的重量和柴油机系统大致相等。最后是政府颁布的法规以及相关的激励政策。在所有这些市场驱动要素中，最重要的仍然是成本。
 
对乘用车而言，燃料电池的产业化最重要的因素是成本，我们对燃料电池系统主要零部件的成本做了一个分析，得到的结果是电堆占到50%以上。AVL正在研发自己的电堆产品，希望能和市场上现有的成熟零部件一起，为客户提供更多更灵活的选择。
我们也在为政府做一些示范运营的项目，把电动汽车改装成燃料电池样车，当然我们会把原先的9.9kWh的电池保留下来，配上60kW的燃料电池系统以及100kW的电驱动系统。
 
 
 
对于商用车，特别是重卡而言，考虑因素就不只是成本。除TCO之外，还要考虑到冷却，封装，耐久等技术指标。首先是TCO，请注意这里的总拥有成本不只是采购成本，当系统效率提升时，总拥有成本也会随之下降。如果我们能够将燃料电池汽车的效率提高20%，我们就可以更好的控制成本。图中的橙色线是典型的乘用车的特性，蓝色是商用车的特性，一般我们要针对重卡汽车的高效率点作出必要的优化。
 
AVL公司在燃料电池系统效率提升方面做了很多工作。首先我们会对电堆进行重新设计，特别是优化MEA。当然，我们的设计需要兼顾效率和耐久性。所以我们设计的膜更厚，既可以保证低温运行，也可以提高系统的耐久性。我们还改进了氢气喷射机构，设计了基于SiC的模块化的DC/DC模块，并改进了空气压缩机，所有这些都是为了提升系统的效率。
讲到冷却，在不同工况（不同车速，不同路况，不同环境等）下我们需要考虑到热能的动态平衡。
 
在欧洲，由于法规的限制，系统封装是一个难题，但是在美国和中国没有这么多限制，一般都会把系统安装在驾驶舱背后。另外提高电池的能量密度的电池也有助于解决封装的问题。AVL参与了一个项目HyTRUCK，我们设计不同功率的燃料电池，并应用到不同的卡车车型上面。
耐久性也是一个重要问题，一般对卡车我们要求2.5万个小时，对乘用车我们要求启动次数及市区路况。这里除了设计本身之外，最大问题是我们如何在最短的时间内完成所有的测试。
 
AVL已经开发了很多退化模型，我们从机械和化学角度进行建模，比如针对膜破裂的情况等等。当然我们也可以利用模型来预测什么时候会发生故障。我们的模型中包括两维的动态模型，也有3D的CFD退化模型。除此之外，我们在控制单元当中进行诊断和监控，并相应调整控制策略。
 
总结一下，对于乘用车来说，电堆的成本仍然是燃料电池商用化最大的挑战，另外我们应该尽量使用成熟的零部件来降低设计成本。对于重卡来说，为了降低整体拥有成本，我们正在努力提高燃料电池系统的效率；为了解决卡车整车集成的问题，我们设计了新的燃料电池概念系统；为了解决耐久测试时间的问题，我们开发了各种模型，以节约测试时间；为了解决冷却的问题，我们针对不同系统开发了不同的冷却控制策略。
 
如果对AVL燃料电池系统解决方案感兴趣，敬请联系info.cn@avl.com 
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