張新豐：利用先進的測試方法和工具鏈加快FCV產業化開發

據搜狐汽車報道：2017年10月27日，由同濟大學和德國斯圖加特大學聯合舉辦的第二屆上海-斯(si)圖(tu)加(jia)特(te)汽(qi)車(che)及(ji)動(dong)力(li)技(ji)術(shu)國(guo)際(ji)研(yan)討(tao)會(hui)在(zai)同(tong)濟(ji)大(da)學(xue)舉(ju)辦(ban)，來(lai)自(zi)同(tong)濟(ji)大(da)學(xue)的(de)張(zhang)新(xin)豐(feng)博(bo)士(shi)分(fen)享(xiang)了(le)關(guan)於(yu)燃(ran)料(liao)電(dian)池(chi)的(de)學(xue)術(shu)見(jian)解(jie)。會(hui)後(hou)
，汽(qi)車(che)氪(ke)對(dui)張(zhang)新(xin)豐(feng)博(bo)士(shi)進(jin)行(xing)了(le)專(zhuan)訪(fang)。

汽車氪：同濟大學從哪一年開始研究燃料電池的？

張新豐：同濟大學是最早研究氫燃料電池的研究機構之一，我們最早在1998年(nian)開(kai)始(shi)了(le)燃(ran)料(liao)電(dian)池(chi)汽(qi)車(che)動(dong)力(li)係(xi)統(tong)的(de)研(yan)究(jiu)，從(cong)最(zui)早(zao)期(qi)側(ce)重(zhong)於(yu)燃(ran)料(liao)電(dian)池(chi)汽(qi)車(che)動(dong)力(li)係(xi)統(tong)開(kai)發(fa)
，逐(zhu)步(bu)過(guo)渡(du)到(dao)燃(ran)料(liao)電(dian)池(chi)係(xi)統(tong)集(ji)成(cheng)，及(ji)擴(kuo)展(zhan)到(dao)輔(fu)助(zhu)係(xi)統(tong)關(guan)鍵(jian)零(ling)部(bu)件(jian)的(de)開(kai)發(fa)，目(mu)前(qian)在(zai)燃(ran)料(liao)電(dian)池(chi)電(dian)堆(dui)建(jian)模(mo)、係統集成與控製、測試驗證方法與工具鏈等方麵均有研究。在電堆材料方麵，膜電極、催化劑
、雙極板等均取得了一定的成果。

汽車氪：您參與編寫了《氫燃料電池汽車發展技術路線圖》，談一談你對中國發展燃料電池汽車的看法？

張新豐：燃料電池汽車相關的主要課題已經逐步地從政府主導的攻關階段進入到工程化
、產業化及商業化階段，經過近20年的探索，產業界逐步形成了兩種發展思路。第一種思路，要求政府繼續組織攻關
，突破燃料電池發動機關鍵技術
，在功率密度、效率

、耐久性、環境適應性等性能方麵取得至少與內燃機相當的水平
；然(ran)後(hou)再(zai)逐(zhu)步(bu)推(tui)廣(guang)應(ying)用(yong)。第(di)二(er)種(zhong)思(si)路(lu)
，要(yao)求(qiu)政(zheng)府(fu)提(ti)供(gong)適(shi)當(dang)的(de)刺(ci)激(ji)政(zheng)策(ce)，率(lv)先(xian)在(zai)某(mou)些(xie)領(ling)域(yu)實(shi)現(xian)燃(ran)料(liao)電(dian)池(chi)的(de)產(chan)業(ye)化(hua)
，不(bu)要(yao)拘(ju)泥(ni)於(yu)完(wan)全(quan)自(zi)主(zhu)開(kai)發(fa)，（黑貓白貓都可以，讓大家看到這個產業有利可圖），然後吸引民間資本
，對創業公司進行投資，邊產業化邊發展，實現滾動發展。兩種發展思路都有道理、都在走。這次發布的國家重點項目指南來看
，也能看出這點。

汽車氪：氫燃料電池發動機開發周期如何？

張新豐：燃料電池發動機應該有自己的開發節奏，主要有以下原因：

1）燃料電池發動機的開發周期更長。從MEA到dao電dian堆dui
，從cong電dian堆dui到dao發fa動dong機ji，從cong發fa動dong機ji到dao整zheng車che動dong力li係xi統tong
，創chuang新xin鏈lian也ye很hen完wan整zheng，但dan是shi我wo們men忽hu略lve了le每mei個ge環huan節jie指zhi標biao的de提ti升sheng所suo需xu要yao花hua費fei的de時shi間jian是shi不bu一yi樣yang的de。總zong的de來lai說shuo，膜mo電dian極ji材cai料liao體ti係xi的de驗yan證zheng成cheng熟shu要yao比bi電dian堆dui集ji成cheng慢man
；電堆集成要比發動機開發慢；燃料電池發動機開發周期要比整車動力係統慢

，慢很多。

2）相較於整車零部件來說，燃料電池發動機的零部件和產業鏈更不完整
，往往電堆找不到合適的壓縮機，找不到合適的加濕器；目前，小型專用壓縮機是製約高功率密度燃料電池發動機的主要瓶頸。

3）燃料電池電堆與輔助係統的耦合要比發動機與動力係統的耦合更加緊密，前者涉及到燃料、供氣、冷卻、電力及控製信號方麵的協調；後者主要是功率的動態匹配與調控。因此燃料電池發動機作為一個產品形式
，具有一定的完整性。

汽車氪：氫燃料電池的開發難度在哪裏
？

張新豐：一方麵：燃料電池發動機是目前該領域最複雜的
、多學科集成的動力係統之一，涉及材料學、電化學、傳熱學、流體力學
、結構力學、控製理論等眾多領域

，需要在高溫

、高壓
、高轉速和高載荷的嚴酷條件下工作
，並滿足重量輕

、可靠性高、安全性好
、壽命長、gaoxiaolvdengzhongduoshifenkekeeryouhuxiangmaodundeyaoqiu。lingyifangmian
，ranliaodianchifadongjideyanzhi，wogerenrenwei
，buyayuhangkongfadongjideyanzhi
，zhishinulidefangxiangbuyiyang
，dichengben、高可靠性（ECU級別50-100ppm, 動力係統0.1%）

汽車氪：您認為提高氫燃料功能密度的技術難點在哪裏
？

張新豐：提高燃料電池係統功率密度需要從以下幾個方麵入手：1）提高電堆的工作電流密度


，依賴膜電極材料的改善，減小活化/歐姆/擴散損失
，需要采用更薄的離子交換膜，有更活性的催化劑
，透氣性更好、疏水性更好的擴散層
，優化流場設計等。2）減小電堆和係統的體積，比如采用更薄的雙極板，更小的空壓機等輔助係統零部件，以及集成設計等；3）提供相應工作電流密度下所需的陰極氣流，也是就是需要較大壓比和較大流量的空氣。以上這些方法均具有很大的挑戰。

汽車氪：燃料電池發動機有哪些性能需要綜合考慮？

張新豐：剛剛我說到，燃料電池發動機開發的難度很大。一方麵
，他需要考慮的性能方麵非常多
，有動力性、經濟性、耐久性、適應性、可靠性、還有動態響應、功率品質、安全性、環境友好等等；另一方麵不同性能之間形成相互製約/相互折中。與Ludwig Joorison交流時，談到日本某汽車企業大功率燃料電池發動機，我們都在想，為什麼功率要達到115kW？ 後備功率？是不是以成本換取耐久性、換取經濟性

？等等
，燃料電池發動機設計的策略，指標的調整和優化方法是企業的核心機密。

為了使得各種指標具有可比性
，必須采用標準的測試方法，但更重要的是開發標準化的測試工具

、建立標準化的實驗設備和測試實驗室。

汽車氪：那如何加快燃料電池發動機的開發節奏？

張新豐：國guo內nei燃ran料liao電dian池chi發fa動dong機ji開kai發fa，基ji本ben沒mei有you國guo外wai的de技ji術shu來lai源yuan

，引yin進jin消xiao化hua吸xi收shou的de可ke能neng性xing比bi較jiao小xiao，隻zhi能neng走zou正zheng向xiang開kai發fa的de道dao路lu。開kai發fa過guo程cheng中zhong所suo需xu的de測ce試shi方fang法fa
、設備及工具也很少。特別強調
，利用先進的測試理念和測試思維，建立從零部件驗證、子係統靜態匹配，動態模型與算法測試驗證、係統集成驗證、發動機性能評價
、道路環境下技術驗證的完整測試工具鏈和驗證體係。

張新豐

承擔及參與科技部電動汽車專項、重大儀器專項等多項，發表學術論文40餘篇
，申請/授權發明專利20餘項，出版教材與著作2部《質子交換膜燃料電池建模與Matlab仿真》《汽車電子控製係統仿真與設計》
，有8年燃料電池係統集成經驗，參與編寫《中國節能與新能源汽車技術路線圖——氫燃料電池汽車發展技術路線圖》。