闞宏偉：下一代的燃料電池測試方法及裝備能力構建的若干探討
圖為合肥科威爾電源系統股份有限公司研發總監闞宏偉做主題演講
日前，由中國電池工業協會、電池中國網聯合主辦的“2021氫能與燃料電池技術及應用國際峰會”在淄博舉行。合肥科威爾電源系統股份有限公司研發總監闞宏偉做了題為“下一代的燃料電池測試方法及裝備能力構建的若干探討”的報告。
以下為報告實錄：
闞宏偉：各位領導、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和裝備領域提升。
這是我今天要給大家分享的內容組成。
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踐。第三介紹科威爾燃料電池業務和情況。
針對燃料電池的一些共性測試問題，首先第一點整個測試的自動化程度比較低，因為我正好有一個經歷有兩年的時間在做產品測試管理工作，現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行是一個比較復雜的過程。測試的團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備進行相關操作。
第三跟測試規范規定有關系，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。再就是測試數據的挖掘不夠。上午雄韜張總也講到，他講到每年燃料電池測試費用接近6000萬人民幣。我們再試想一下，張總的團隊他能得到哪些燃料電池的測試結果？
我想不外乎，我們幾個研發產品的習慣曲線、敏感性曲線等等這些非常基礎的數據。但是積累下來通過燒氫氣積累的數據，沒有價值嗎？我相信不是這樣的。這些數據里面有大量的信息，是需要我們進行挖掘。另外有一點，今天上午張總也講到這一點，但是我也深有同感，我們的測試產品，在產品之間的縱向的比較，這個過程工作有沒有人做，從測試數據能發現哪一些問題，這也是我們思考的點。
第三個問題，我們往往測試出燃料電池整個使用生命，裝到車上應用領域，整個性能的狀態和壽命可能大相徑庭為什么？就是因為在實驗室沒有復原出跟使用工況一致的狀態，導致效率很低的過程，有效性很低。
第四點因為我們作為測試設備的廠家，我們也接觸到大量的燃料電池頭部客戶，跟他們接觸后發現，燃料電池產能是觸手可及，他們做十萬臺的規劃，我們按照每年24小時連續運轉的話，他每個電堆的活化測試的時間只有40分鐘，而目前鋰電產業的活化測試的手段，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業發展很重要的瓶頸。
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業。測試產業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，讓我們的研發人員可以改進產品的設計。
最后想講的一點，因為我們是做測試設備的，做測試設備，在研發過程中是很少有相關的標準來進行參考，我們只參考一些加氫站的標準，涉及壓力容器的參考一些壓力容器的標準。包括這里面的指標狀態，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在正在做的，有可能是計劃在做的一些事情。
首先針對產品運行環境的構建，我們首當其沖是物理環境的模擬，能模擬溫度的環境，壓力的環境，比如說海拔的高度，我們的電池波系統工作溫度，包括車載的震動狀態，從設備端也聯合一些廠家，也做系統化的設計。最基本的功能保證高溫工況的設計，很重要的在軟件上實現了無縫集成可以為環境倉的溫度、高度、適度同時在安全角度來說，可以實現測試系統、實驗室和環境倉的安全高度聯動和一體化運行處理流程。
還有對在能量的情況角度來說，充分運用兩個系統之間的發熱和制冷的過程，來探索內部的能量循環，這是整個物理的環境。接下來對于燃料電池系統來說，我們還要對它在整車上面的運行條件進行一些模擬。
比如說駕駛員的操作習慣，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生一個影響。現在燃料電池系統的產量，大部分是在實驗室用國標的方式來做帶速工藝方面的模擬，包括拉載模擬，這跟實際的情況還有較大差距。我們現在通過仿真計算機把整車的一些信息，把駕駛員的操作情況，把工況的信息可以導入進來，實時產生拉載的需要，盡力一個能量的控制器，也可能是硬件的一套系統，同時會建立能量分配的模型，當然這個模型也會兼容到單系統和多系統的模擬。科威爾通過電池模擬，通過這樣的一種方式，我們系統就可以在實驗室做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，縮短一個整車開發上市時間。
對于病人來說，我運行在發動機里面，發動機運行的工況也是由原來的增成機的方式，我看到系統廠家，其實對于電池的動態拉載需求也是變得更高。大家知道在整個發動機里面，整個系統的集成密度是很高。但是在測試臺里面，是要兼容整個參數的調整范圍，同時里面會有一個很大的設置。所以怎么兼容參數寬泛的指標，同時保證動態模擬的能力，首先做到在流量的分配策略和流量的控制快速響應方面一些措施。
第二也是很重要的一點不斷的優化和設計新的高校加濕器的設計。我們加濕器有很小的濃，才有可能在動態過程中，從帶速到荷載狀態下，有很快速的調整過程。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同控制，來保護我們膜電極不受壓力情況產生損害，這一塊我們有一個很好的算法設計。在測試仿真結合這一塊，我這里面也引用比較時髦的詞叫“數字雙胞胎”其實這個詞現在在整個工業生產領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，這也是開發的流程。首先我們設計產品的目標約束條件，首先用建模的方式，通過模型的設計，是否能滿足設計需求，如果滿足的話，可以制造出來測試數據，又可以實時地標定我們的模型來形成一個更加貼合模型的狀態，能形成實際電堆，跟數字化電堆來完美對應的關系。
我們還是希望這樣一個數字轉型，或者說我們數字雙胞胎從角度來講，可以是燃料電池，可以是BOP組建，通過實際的測試數據來不斷地標定和功能的定義。這樣有一個好處，將來是否把這個模型進一步做簡化。比如說電池的廠家，通過簡化的模擬，提供給一些廠家，這些廠家可以根據模型做一些特定的分析。不像以前，電池的廠家跟系統廠家可能就是典型工況一下電力狀態值，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，更有利于信息的有效傳遞和測試結果有效傳遞。
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，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，因為我們開發很多燃料電池子系統的測試臺架，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，所以這些東西都可以通過模型來推動，進而對整個子系統進行測試評價。在測試和診斷這一塊，我這兒也列出很多相關方法，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，來看到可視化內部發生的一些過程。
這一塊，我們目前正在做的一些工作，首先測試軟件實現了主流的電話工站的數據的控制和集成，可以一個人控制兩臺設備。
第二是開發滿足單電池到大功率電堆的燃料電池專用電子負載在國內找不到，所以在特定的負載上，我們做相關的開發。目前我們也在跟交大的做合作，開發大功率電堆的診斷的設備，核心也是基月CVM儀器中的線性負載，同時在COM（音）中，可以信號采集和數據處理單位，能夠實現在線處理。
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，我們跟國內的高校，包括國內的頭部企業在做產學研用的開發，我們希望通過這樣的一個開發過程，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的活化設備的開發，當然也希望通過這樣的過程，能形成快速活化標準形成。
我們現在正在給國外廠家在開發，比如說特定的活化工藝，比如說陰極活化的設計，針對活化生產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的經驗，來分享一下在燃料電池測試裝備這一塊是如何做相關的評價。首先是系統的劑量和校準，很多的把件拆下來，本身不是系統層面，所以現在做法增加一些接口，對于系統做相關的校準和計量的工作，當然圍繞產品的功能和指標做很多的穩態工況條件的測試和穩態條件的測試。剛才也提到，本身涉及到氫能的使用，涉及到壓力的測試，所以在人機安全回路的處理上也有一些相關的處理方法。
最后一點，在汽車行業，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定性。
科威爾也在積極參加相關的一些標準建設過程，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標準制定活動中，從測試標準上，鮮艷獻策保證標準落地。
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，測試設備都是科威爾在投，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構來使用，我們也愿意做整個測試標準的驗證工作。
最后，我簡單介紹一下，科威爾的燃料電池業務板塊狀態，因為科威爾去年9月份上市，號稱國內燃料電池第一股。目前大家對科威爾的認知，科威爾是一家電源的企業，其實在今年開始，包括從2017年開始，已經在燃料電池測試裝備做了很多嘗試和努力，目前燃料電池業務是以燃料電池事業部的方式進行業務推動。目前的研發人員到年底到60人左右，總人數可以達到90人，明年總人數可以達到150人，整個團隊的人員結構也發生非常大的變化。我們人員團隊是搞流體力學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容，我們在整個事業部成立之初，就做了完整業務規劃。
科威爾希望做全產業鏈的燃料電池測試裝備的產品，我們陸續推出短堆到大功率，BOP組建的測試，發動機組的測試，都會由陸續的產品來推出。
最后也歡迎大家多了解一下科威爾的燃料電池相關的產品，我的演講就這么多。謝謝大家！
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