【2019WNEVC】 Juergen RECHBERGER：AVL燃料电池工程解决方案

经国务院批准，世界新能源汽车大会（WNEVC）于2019年7月1-3日在海南博鳌隆重召开。大会着眼于全球汽车产业的转型升级和生态环境的持续改善，通过聚集全球专家智慧和产业精英，共同交流探讨新能源汽车在技术创新、产业创新、政策创新、市场模式创新等领域的成功经验与发展趋势，凝聚产业共识，明晰汽车产业转型升级的方向，探索电动化、智能化、共享化协同发展的有效路径。在“氢能及燃料电池技术创新”的主题峰会上，AVL李斯特公司全球燃料电池经理Juergen RECHBERGER发表了演讲，内容如下：

大家早上好。我非常高兴来到这儿，我觉得其实我在中国也花了非常多时间，我非常喜欢在中国，首先我今天讲的是为什么要相信燃料电池，我们可以为燃料电池做些什么。

首先是在燃料电池，昨天很多嘉宾都有讲过，柴油车、长距离车都进行过讨论。之前说过有高压力和长期使用的情况都可以用到燃料电池。在西方国家，在美国也会在公共交通系统用到。我想可以看一下车型到底是什么样子的，从而决定用什么样的动力。

我们看一下燃料电池有什么样的优势，我们可以画出这样的图，通过这样的图可以看到，在较大车辆中燃料电池成本优势非常明显，行驶距离较远，载重量较大，这时候燃料电池可以发挥非常大的优势，行驶距离可能达到400-550公里这样的范围。而电池纯电动可能在50、60kW水平没有办法支持这么久时间。快速燃料补充是非常重要的，这使客户接受度大大提升。另外在有效负载方面也非常重要，燃料电池有效负载简单说就是载重量更大，在此方面，我们已经决定或者判断卡车等重型车辆用燃料电池是最好的选择。另外还有一点，并没有过多讨论，那就是燃料电池有非常明显的共享出行卖点，在未来人们会共享很多车辆，共享车辆将比今天的私家车每天行驶的历程高得多，这些车可能每天24小时都可以使用，这样可以赚更多的钱，这样的价值主张，这样的商业模式是非常有前景的。因此，我对于燃料电池的未来充满了信心。

AVL在做什么呢？我们在此方面投入了400名工程师，这页展示了我们的核心技术，我们会开发完整的燃料电池系统，开发质子交换膜，这样的技术大家都非常熟悉，也就是PEM，另外如何进行更好的整合，如何进行相应的应用开发。我们也会做模拟，也会有非常完善的系统模拟燃料电池的使用，这样在电池投入使用之前就可以确保其性能和安全性都是合格的。另外在制氢方面也会考虑该怎么做，能源的储存也是一道话题，我们对于测试系统也投入很多资源，对燃料电池进行测试，这是非常重要的。

在PEM站工程方面，我们在加拿大等地打造了很多富有丰富经验的工程师，他们帮我们开发更好的PEM堆，在过去两年，我们也在努力建造概念车，我们内部开发项目重点就是放在AVL燃料电池概念车，该项目涉及很多合作伙伴，我们会考虑核心参数到底怎么设置，概念车核心参数是这样的，70kW燃料电池系统，9.9kWh燃料电池和100kW电驱系统，车辆已经完工，我想待会儿大家可以看到更多细节。我们看一下动力系统，这辆车动力系统非常清晰，设计也是很简洁，可以看到刚才说的70kW燃料电池系统在前方，而电池9.9kWh放在中间的部位，还有3个装氢的罐子，这样的车很快就可以商用。在车的中部进行合理设计，使车的结构更加合理。我们看一下PEM燃料电池引擎设计，这里有些关键参数，大家可以看一下，总功率70kW，在很多项目中都可以使用这样的引擎，净功率是55-60kW，效率是46-60%。整个系统整合性非常好，燃料电池系统和电驱系统整合是非常完善的，我觉得这样的产品是非常有竞争力，其效率是46-60%，这种效率非常高。在我们概念车中，和传统或者其他设计是不一样的，我们看一下我们当前设计到底怎么样呢？我们可以从这页看到，在第一步在概念车中出现右侧展示的变化，部分原件开发仍在进行中，不久就可以实现商用或者装到概念车中去。在以后实现商用。该系统有两个核心组件，一个是引领70kW电堆，另外一个是空气密度补件，在未来这样的整合还可以进一步加强，让我们产品更加具有竞争力。

诊断也是非常重要的，我们对于零件运行状态进行检测，这对于燃料电池的寿命来说至关重要。有一种既定的解决方案，就是电池电压检测，其中电池电压或者是好几个电池的电压可以进行同时监控，这种解决方案非常实用，但是成本很高。AVL在遵循另外一种概念，我们解决方案完全放弃任何单电压测量，我们只测量整体电压，该测量原理基于电化学阻抗，可以分析平均范围电压响应，这样的方式响应更快。这页显示了刚才说的测量方法，我们要理解这种方法其实不难，这里有两条曲线很有趣，一条是绿色曲线，显示电堆中最低的电池电压的趋势。另外一条是蓝色曲线，显示的是这种方法中的低燃料指示，在电堆中进行测量时，我们受到很多OEM的支持，氢的质量流量将逐渐减少，这时候制氢的供应是不足的，我们这种方法可以检测到这种状态，而这种方法全称是总胁迫失真分析，这种方法可以说到刚才说的供氢不足状态，在这种状态出现之前就可以检测到趋势，对于其他类似状况也可以得到类似的结果，比如空气不足，膜破碎，或者液态水聚集，这种方法可以很简单集成到燃料电池系统中，无需添加硬件，一方面提供诊断和监控算法，在燃料电池DCDC实现信号追击，可以提供非常高效、经济的监控。

还有一项技术叫做被动阳极再循环，在燃料电池系统中，实现了被动氢再循环，在许多系统中有主动的方法，包括使用风扇，但是我们没有使用这样的主动方法，我们会使用喷射泵消除主动监测或者主动方法涉及到的装置，这样就可以实现系统更好的性能。我们开发了许多这样的子系统，并将其集成到系统中，一种有益的做法是将再循环集中在电堆的端板中，实现紧密的耦合。我们还有自己的阳极子系统测试装置，这样可以更好开发这种方法。

看一下这里的参数，这是我们的PEM堆开发，这些数字非常明晰，我不再赘述。在尺寸方面，我要强调一下，尺寸非常小，但是效率非常高，在成本方面可以实现非常低的成本。对于商用我们也是非常重视的，不仅聚焦纯技术，也要看商用潜力到底有多少。对于低温启动，我们的电堆也是非常强的，在低温下，可以低至-30℃仍然实现启动，这是非常重要的。另外对于忍耐性也可以达到-40℃。另外还有一点非常重要，我们当前做了很多努力来做建模，建模的目的就是看一下燃料电池系统的损害，我们建模是实时建模，可以计算局部损坏，有时候适度出现一些问题，膜会面临相应的损害，有时候应力会出现问题，使得膜过度老化。我们模型可以确定适度分布以及相应的梯度，并且进行相应的操作策略调整，比如调整参数，避免进一步损害，这可以大大减缓膜的老化。我刚才说过，我们非常重视产品的商用，并不仅仅是做技术宅，我们也在积极开发卡车运载燃料电池系统，为此我们最近启动了新项目，开发模块化燃料电池系统，这种模块化燃料电池系统旨在与不同模块数量负载不同载重量的卡车，从轻型、中型、重型都可以覆盖，模块化体系结构在故障保护、耐用性和组件可用性等方面提供了可用性。这种项目目标其实不仅于此，可以通过这样的项目解决功率密度和耐久性等方面的困境。另外在氢的存储领域方面，也可以提出创新的概念。按照这条道路走下去，我们一定可以作出更大的成绩。在功率密度等方面可以提高产品的性能。

最后我做简短的总结，我们认为燃料电池系统在较大较重车辆具有绝对竞争力，我们认为快速的燃料补充是核心优势，可以让这样的产品被客户更加认可和接受，氢是可再生能源系统的核心原件，在将来的能源系统中将会发挥重要作用。AVL以前在燃料电池基础上投入了很多，我们也建立了不少的研发中心，我们在这一领域做了20年，在乘用车、卡车方面都非常有信心，希望我们的产品进一步推向更多的市场，谢谢。

非常感谢各位的聆听。

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