本文為在中國汽研舉辦的“2019第二屆新能源汽車測試評價技術國際論壇”上，電子科技大學氫能與燃料電池電池研究院湯浩教授帶來的《燃料電池系統集成與測試技術研究》。

燃料電池與內燃機相比有許多不同之處，第一是燃料電池內部沒有運動部件，相對比較靜態，使得它的工作效率比較高；第二是燃料電池工作過程中沒有噪音；第三是燃料電池比較清潔，這里比較清潔的前提是氫氣來源比較清潔，如果氫氣來源不清潔那還是實現不了閉環的清潔。

目前燃料電池技術主要應用在發電、交通、無人機和特種能源等領域，其中交通領域的燃料電池汽車大部分是大巴車和物流車，乘用車非常少。原因在于燃料電池堆的功率密度還比較低，一百千瓦級燃料電池堆的體積較大，很難放置到乘用車內部。此外，大巴車和物流車的路線比較固定，加氫站的建設比較容易解決，而乘用車不可能限制其在特定的時間開到有加氫站的地方。

國內當前比較成熟的儲氫技術是35MPa的高壓氣態儲氫，與液態儲氫技術相比，氣態儲氫技術的單位儲氫質量和儲氫密度均較低。但是高壓氣態儲氫技術有很多優勢，第一是氣態儲氫技術的成本比較低，第二是氣態儲氫的動態性能比較好，第三是氣態的氫氣易于管理。為了改善現有氣態儲氫技術單位儲氫質量和儲氫密度均較低的問題，目前國外已經量產70MPa的高壓氣態儲氫瓶，并且國內也在跟進相關方面的技術研究。由于燃料電池的體積能量密度還可以進一步提高，并且具有非常大的優勢，未來燃料電池的發展必然會走能量型道路。

接下來介紹一些關于燃料電池系統集成方面的研究工作，如圖所示燃料電池系統主要包括電堆模塊（A）、空氣供應模塊（B）、氫氣供應模塊（C）、熱管理模塊（D）、配電管理模塊（E）和整個燃料電池控制器（F）。物理架構圖中的藍線代表空氣回路、綠線代表氫氣回路、紅線代表熱管理回路、黃線代表配電管理回路。實際上燃料電池堆和發動機一樣均是汽車結構中最關鍵的零部件，因此動力系統集成的關鍵點在于如何最大化提升燃料電池堆的性能。其中燃料電池堆的特征參數包括電流、電壓、功率和反應物的流量。

針對燃料電池系統集成設計需要解決的問題，我們搭建一個物理+數字的共性技術研發測試平臺，這個平臺包含一個共性實物平臺和一個共性數字仿真平臺。其中，共性實物平臺是一個能提供燃料電池系統性能測試的實驗室，因為在實驗室里測試會節省較大的研發時間和成本，如果將燃料電池系統裝配到整車里去測試，研發成本將會非常大。另外一個共性數字仿真平臺可以將燃料電池堆作為一個模型輸入到仿真平臺里，并將電堆變成全數字的仿真平臺。此外，我們還可以將實物仿真平臺和虛擬仿真平臺結合起來，構建起一個虛實結合的共性技術研發測試平臺，大幅提高了研發效率。

我們現在的設計理念不僅包含測試對象的多樣化，還包含測試系統的性能優化，因此無論是國內還是國外生產的燃料電池堆都能在這個共性研發測試平臺上進行性能測試。并且這個測試平臺主要采用國產化部件，整個測試平臺的零部件國產化率達到了80%以上。其中包括熱交換模塊、控制模塊、加濕模塊和電子負載等部件，并且還有一部分軟件和硬件全部是自主開發。

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