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重理能源吴乐林:燃料电池系统测试解决方案
中国汽车报网 ·   ·  2019-10-30

  10月27日,由科学技术部指导,联合国开发计划署、中国汽车工业协会联合主办,佛山市人民政府、佛山市南海区人民政府全面支持的2019联合国开发计划署氢能产业大会在佛山市南海区樵山文化中心隆重召开。

   

  下面是北京重理能源科技有限公司研发总监吴乐林给大家带来燃料电池系统测试解决方案。

    各位领导、各位专家,大家下午好。我今天报告的题目是《燃料电池系统测试解决方案》。

  首先说一下北京重理。大家对北京重理可能还不是特别熟悉,其实北京重理是由上海重塑和北京理工大学孙逢春院士团队合作成立的一家公司,主要业务是向行业客户提供我们的燃料电池测试解决方案。现在重塑科技在上海这边主要是做系统产品的研发、测试和试制工作。新产品定型过后,我们会放到广东的云浮工厂进行批量化生产。同时,也非常荣幸,在今年1月份,我们和佛山市南海区签订了一个产业落地的项目,在佛山南海我们主要是聚焦在核心部件的研发和生产。同时,我们也专门针对燃料电池汽车运营这一块,在深圳成立了一个大数据车联网解决方案公司,主要是想通过数据的收集和分析,来发现我们的产品在开发过程中、测试过程中还有哪些需要提升的地方,可以快速反馈给产品开发团队和测试团队。不管是在上海、云浮、佛山的产品业务,还是在深圳的大数据业务,都可以不断产生新的测试经验和新的测试方法。这些新的测试经验和方法,可以快速地反馈到给我们的北京重理测试业务,持续促进我们的测试解决方案不断优化。

  北京重理开展燃料电池测试业务,有一些比较好的基础。首先第一点是在测试专业性方面,整个北京重理核心团队成员在燃料电池测试、实验室建设和运营方面,已经有十多年的工作经验的积累。同时,在我们的产品业务板块,我们已经建立了30多个专业的测试工程师团队,专注于燃料电池产品的测试;在测试过程中,我们会形成很多新的测试经验和新的测试方法。第二点是测试数据方面,目前重塑科技已经完成3个产品平台、4年多时间不间断的测试,这个过程中我们形成了大量的测试数据;特别是在产品非常重要的耐久性测试方面,截至目前我们已经积累了1.6万多个小时的测试数据。第三点,我们得到了北京理工大学电动车辆国家工程实验室以及新能源汽车国家监测与管理中心的大力支持。

  基于这些良好的业务基础,我们形成的测试解决方案,已经保障了近2000套燃料电池产品的可靠上市和运营。这些产品主要搭载在公交车以及物流车上,车辆累计运营里程数目前已经突破了1000万公里。这些实实在在的数据,也间接地说明了我们测试解决方案的可靠性和先进性。

  在实验室运营这一块,我们的团队已经有超过10年涉氢实验室安全运营经验,我们可以给客户提供全面的安全与保护设计。主要是从氢安全、防火安全、人员安全、设备安全和操作安全5个方面进行全方位的保障。这里重点说一下氢安全,氢安全设计主要分为两大块。第一大块是主动安全措施,也就是说,我们怎样去避免氢安全事故的发生。像实验室里面涉氢管道材料的选型、涉氢电气设备的防爆选型、涉氢区氢气浓度监测报警以及后续联动安全的控制等等都属于这一块。第二块是被动安全措施,也就是万一氢安全事故发生了,我们怎样去保护我们的测试人员的安全以及财产的安全。像实验室墙体的防爆和泄爆设计,就属于这一类。因为涉及到安全方面的内容比较多,这里就不一一展开了,后续如果大家比较感兴趣,我们可以再作进一步的交流。

  同时,我们具备完善的测试实验室建设流程,我们可以给客户提供一站式的“交钥匙”工程服务。从最初的的需求开发,像测什么、怎么测以及在什么样的场地进行测试,我们可以跟客户做深入的对接,我们也会把我们的经验和建议分享给我们的客户,形成一个比较贴合客户实际情况的需求方案。需求优化完成过后,就进入详细的方案设计以及工程实施,直至我们可以实现实验室产品的整体交付。

  目前,我们能够提供的实验产品主要分为两大类。第一大类是燃料电池系统产品测试这一块,分为集成环境舱的测试实验室、常温下的测验实验室,以及针对下线检测这一块,我们还有一个简化版的测试解决方案。第二大类产品是核心部件的测试,像FCU和VCU控制器的测试、空压机的测试、DCDC的测试。这些实验室产品,我们可以提供从实验室的建设到运营培训全方位的工程服务。

  我们的实验室产品在行业的优势,主要体现在三个方面:第一是领先性,我们可以从实验室的规划、基建的特殊性要求、测试台的开发和测试的运营服务等各个环节,可以给客户提供全面的一站式解决方案。同时,利用我们重塑的体系在产品业务以及大数据业务方面的积累,不断形成一些新的测试经验和新的测试方法,可以快速地促进我们的测试解决方案的持续优化,保持行业的领先性。第二是在安全性这一块,我们的团队本身在燃料电池产品开发、测试领域积累了很多年的工作经验,形成了一套完善的实验室的安全设计方案,这样可以保证我们的实验室产品在涉氢环境下的安全稳定运行。第三是在可靠性这一块,实验室产品由很多的设备零部件以及整个集成设计方案构成,在一些关键的设备零部件选型上,我们都是采用国内外知名品牌;这些设备零部件也是在重塑的产品业务上大量使用,经过了充分的验证和检验过的,可靠性非常高。同时,我们的测试集成设计方案也经过了多个量产产品的研发以及生产线下线的验证,保证了近2000套燃料电池产品的可靠上市。

  那么怎样去建设一个“好”的燃料电池系统测试实验室呢?我们可以从实验室的构成来看这个事情。第一是在基建这一块,需要规划一个合适的场地。第二是测试台架,要搭建一个测试环境,来和我们的被测对象——燃料电池系统能够实现很好的融合,来支持我们的被测对象能够开展相关的测试项目和测试内容。第三是运营,像测试团队、测试能力、测试体系、测试流程、日常运营管理等方面的建立,都属于这一类。要想建设一个好的测试实验室,这三方面的能力都不可或缺,而且要达到非常高的水平。

  要达到这样一个目标,我们觉得至少需要具备以下4个方面的能力。第一是要懂氢安全,必须要懂氢气、懂安全。作为一个实验室来讲,安全肯定是第一位的。如果这个实验室的安全性有问题,所有的事情都归于零。对于涉氢安全这一块,跟基建的建设方案、台架的开发方案、后期的运营安全管理都息息相关,所以需要基建、台架和运营这三块都需要有对应的安全性的措施来保证。第二是要懂产品,需要懂我们的被测对象——燃料电池系统。对于实验室来讲,它的目的就是要服务产品,对被测对象的深入理解是必不可少的。比如,像被测对象燃料电池它是如何工作的,它的整个性能指标是怎样的,它和外界的各种接口是什么,包括各种气体的接口、各种水路的接口、各种传感器的接口、信号的接口、控制的接口等等这些方面,都会影响到测试台架的开发。因为测试台架和被测对象需要融为一体,实现整体的协调一致的工作。第三是要懂测试,在实验室运营阶段主要面对的工作就是测试工作;如何去开展测试,如何高效地开展测试,在运营阶段是要花很多精力去考虑的,只有这样,才能不断提升你的测试运营能力。第四是要懂集成,这里的集成主要是指测试台架的集成;大家都很清楚,对于燃料电池的测试台架,涉及到的面比较多,包括各种气体的管理、各种水的管理、各种电的管理、各种传感器信号的管理以及各种控制的管理,它需要的是一种集成能力。台架本身内部所对应的一些部件,像各种传感器、高低压电源、电子负载等等这些部件,市面上都有很多成熟的产品可以供我们去选择。我们需要做的是根据我们的台架集成设计方案,去选择合适的产品,放到我们这个集成方案里面。只有这四个方面的能力都有比较好的积累,才能够支撑建设和运营好一个燃料电池系统测试实验室。

  这是一个典型的测试实验室的布局。主要分为三个部分,第一部分是氢气和氮气的库房。第二是涉氢测试区。第三是人员操作区,同时可以放置相关的一些测试设备。其中,图中红色的墙体要建成防爆墙的结构,主要是为了保护测试人员和财产的安全。

  这是我们今年给一个客户做的一个项目。这个项目有些特殊性:第一个是客户需要带一个环境的模拟功能,所以我们集成了一个涉氢的环境仓;因为有涉氢环境仓,就牵扯到一些大型的设备机组,我们就规划了这样一个设备间来存放这些机组。第二是客户原先已经有了氢气和氮气的库房,这个项目就不需要进行这方面的考虑,只需要把涉及的气体,通过相应的管路引到我们的测试区就可以了。

  对于涉氢基建这一块,主要涉及到两个国标,一个是4962,一个是50016,这两个国标都和氢安全相关。整个涉氢基建的关键点有三块:第一块是涉氢安全,需要通过一系列的主动和被动安全措施来保证整个实验室的氢安全。第二是基础配套,就是说你这个实验室,要有相应的电力、自来水、冷却水的基础供应能力,要满足相应的测试需求。第三是布置集成,主要是基建和整个测试台架相关的设备、相关的管路实现整体的集成,然后形成一个实验室整体。

  这是一个典型的测试台架的构成,主要包括六个子系统:首先是供气这一块,主要解决氢气、氮气和空气的气体供应、流量的控制、以及流量、温度、压力等测量处理。第二个子系统是温度控制,因为氢气和氧气在我们的被测对象燃料电池系统里进行化学反应过后,会产生大量的热,需要通过这样的热交换的形式,把热量带到室外去。第三个是反应过程中,也会产生大量的水、没有反应完的少量氢气以及多余的空气,通过这样一个尾排子系统把它作进一步分离,然后排放到室外。第四个是电气子系统,主要解决电力电子的控制、高低压直流供电、信号的采集、数据的转发以及故障报警及处理,还有一些安全监控的自动化处理。对于上位机这一块,核心是上位机软件的功能,一个是被测对象的运营状态的监控,以及整个测试台架设备运营状况的监控;第二点,就是测试工况的智能化管理,包括测试脚本的导入、测试工况的可编辑、自动化测试、测试报告自动生成等相关功能。最后一点是视频监控,主要是保证整个实验室各个区域的安全运行进行现场视频的记录。

  整个台架设计方案锁定过后,接下来就进入具体设备的开发和集成。供气这一块因为要放在涉氢区,最终交付的是一个防爆型的供气柜。尾排设备需要实现气体、水的分离功能,同样在涉氢区,所以也是一个防爆型的设备。对于温控主要是实现把热量实现二级热交换,带到室外去。对于电气子系统这一块涉及的设备比较多,包括电气控制柜、配电箱、动力柜、涉氢区电器接线盒的开发;对于电子负载和高压电源基本上选择成熟的产品就可以了。各个子系统对应设备开发完成以后,最后我们就要做一个整体的耦合和联调。联调完成,所有的问题也都关闭过后,就可以做一个整体的客户交付了。

  这是我们针对客户现场作业的工作流程。主要分为四步:第一步是主要设备的进场和安装。第二是辅助设备,包括一些管路、相关电缆的安装和连接。前两步实现的是硬件的安装和连接,第三步就进入总体的设计检查和软件、功能调试阶段。整个测试台调试完成过后,就可以交付运营了,包括:设备的交付、相关设计资料的交付、对客户试验人员运营能力的培训。

  今天时间非常有限,我的汇报就到这里。后续如果大家对实验室的建设,包括建设后的运营方面的问题,可以随时联系我们进行交流。谢谢大家!(本稿未经本人审阅)

  编辑:黄霞

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