1、氢燃料电池发动机集成开发技术探讨电池氢燃料汽车中国汽车技术研究中心.汽车工程研究院中国汽车技术研究中心.汽车工程研究院燃料电池系统集成开发初探燃料电池系统开发设备支撑燃料电池相关政策标准123燃料电池产业现状1燃料电池产业现状燃料电池参数设计所应考虑的方面4/418/6-19/4批公告分析73.26%25.58%1.16%FCEV FCEV 燃料电池功率分布燃料电池功率分布30-50)kw50-70)kw=70kw82.54%82.54%17.46%17.46%30-50kw燃料电池功率分布燃料电池功率分布30-40)kw40-50)kw燃料电池汽车功率分布燃料电池汽车功率分布功率段功率段车型

2、量车型量占比占比30-40)kw5260.47%40-50)kw1112.79%50-60)kw66.98%60-70)kw1618.60%=70kw11.16%小计86100.00%2018年第6批-2019年第4批 共计连续12批公告数据 12批公告共有86款燃料电池汽车；燃料电池客车、燃料电池城市客车燃料电池城市客车、燃料电池冷藏车、燃料电池厢式运输车；燃料电池发动机额定功率40kw以下车型，占比60.47%；50kw以下车型，占比73.26%；燃料电池发动机额定功率大于70kw的只有一款；5/4我国燃料电池所面临的主要技术问题铂用量铂用量g/kWg/kW功率功率kWkW功率功率/体积体

3、积kW/LkW/L 耐久性耐久性hh丰田现代通用日产奔驰上汽PCE 功率114kW100kW92kW90kW100kW40kWPCE 体积/重量37L/56kg60L130kg34L/43kg不详54L/74kgPCE 低温启动性能-30-30-30-30-25-20PCE 铂用量20g40g30g40g20g不详PCE 耐久性5000h5500h5500h-5000h2000h低温启动性能低温启动性能0.20.41146035000h5500h5500h-5000h2000h低温启动性能低温启动性能0.20.40 5000-30-20国国外外国国内内20/4解决燃料电池

4、现有问题所涉及关键技术燃料电燃料电池技术池技术问题问题铂铂用量用量耐久耐久性能性能系统系统效率效率低温低温性能性能额定额定功率功率功率功率密度密度1.催化技术。催化技术。2.膜电极技术。膜电极技术。3.电堆传质传热技术。电堆传质传热技术。4.高电流密度燃料电池高电流密度燃料电池电堆开发技术。电堆开发技术。5.燃料电池系统数字开发技术。燃料电池系统数字开发技术。6.水水/热管理技术。热管理技术。7.燃料供给与尾排技术。燃料供给与尾排技术。8.NVH技术。技术。9.系统轻量化技术。系统轻量化技术。10.电子电控技术。电子电控技术。11.燃料电池系统集成技术。燃料电池系统集成技术。12.燃料电池整车

5、匹配技术。燃料电池整车匹配技术。21/4燃料电池参数体系与数字化开发环境燃料电池发动机及零部件参数体系 性能参数 空气压缩机压比；加湿器饱和响应时间；电气参数 电堆整体运行电气参数。催化剂电气反应特性。结构参数 双极板流道、流场参数。气体扩散层结构形式与力变形参数。PEMFC催化层开发/流场开发的基础研究对象：研究对象：电池部件、电池部件、电堆、电堆、双极板、双极板、气体扩散层、气体扩散层、催化层催化层22/4燃料电池参数体系与数字化开发环境燃料电池发动机数字化开发环境的研究 研发数字化开发环境的目的研发数字化开发环境的目的 建立自主知识产权的燃料电池系统开发仿真环境。作为燃料电池开发/项目工

6、作的知识、经验、智力成果的积累、应用平台。实现科研成果数字化。燃料电池数字化开发环境的功能燃料电池数字化开发环境的功能 关键部件性能、载荷分析 燃料电池部件级开发优化 燃料电池供给策略研究 燃料电池系统匹配优化 燃料电池能量管理策略优化23/4燃料电池参数体系与数字化开发环境建立不同输入条件下电堆性能预测模型。模型实现燃料电池系统指标分解，对关键部件提出性能需求。一维单电池模型对MEA材料参数进行敏感性分析，为MEA的优化和材料筛选提供指导。一维稳态快速预测模型和参数敏感性分析一维稳态快速预测模型和参数敏感性分析准二维瞬态模型准二维瞬态模型包含垂直极板方向和流道内流动方向的瞬态模型；考虑电化学

7、反应机理，传热传质过程，冷启动中流道结冰，和水的相变；控制方程由显式-隐式混合格式保证代码通用性、稳定性和计算速度；可应用于多种实际瞬态工况的运算。三维全电池多组分多相电化学模型三维全电池多组分多相电化学模型包含了极板的三维空间结构；实现整块单电池板的计算；自主开发3维模型代码，计算快捷高效；可应用于多种实际稳态和瞬态工况的运算。燃料电池数字化开发环境的研究：电堆模型24/4燃料电池汽车水/热管理全车布局下的全系统 水、热管理系统4.空气供给系统匹配2.电堆水、热管理系统匹配；低温起动性能；余热回收和利用5.空气供给系统、水、热管理系统集成仿真平台6.控制策略3.电机、控制器热管理系统匹配1.

8、锂电池热管理系统匹配1234125/4燃料电池燃料供给系统燃料/空气供给与尾排设计膜电极两边的气体压力不平衡、压力脉动影响燃料电池发动机耐久性与效率，是燃料供给与尾排子系统所要解决的问题。燃料供给系统流道开发。空气进气净化技术研究。空气/氢气系统压力平衡研究。空气/氢气系统压力脉动抑制技术研究。低噪声集成进气系统开发 研究目的及开发目标：提高系统效率 提高系统耐久性能。降低噪声等级。高清洁高效率低噪声燃料电池系统开发设备支撑27/4AERI 燃料电池综合实验室支撑燃料电池催化剂，电堆研发工作燃料电池 电化学实验室支撑燃料电池电堆研发工作燃料电池 电堆实验室支撑空气压缩机、加湿器等部件研发工作燃料电池 关键零部件实验室支撑燃料电池系统集成开发工作、FCU开发工作。燃料电池 发动机实验室支撑燃料电池整车集成开发工作。燃料电池 动力总成实验室工程院（高邮分院）燃料电池综合实验室建立了从电堆电化学性能、电堆性能、关键零部件性能、燃料电池发动机性能到燃料电池动力总成的研发测试能力，并建设了相关热管理、环境试验能力，为燃料电池集成开项目的顺利进行打下了坚实的设备基础。THANKS中国汽车技术研究中心有限公司汽车工程研究院