孫賓賓：燃料電池商用車模塊化建模與集成控制
圖為山東理工大學交通與車輛工程學院副教授/博士孫賓賓做主題演講
日前，由中國電池工業協會、電池中國網聯合主辦的“2021氫能與燃料電池技術及應用國際峰會”在淄博舉行。山東理工大學交通與車輛工程學院副教授孫賓賓博士做了題為“燃料電池商用車模塊化建模與集成控制”的報告。
以下為報告實錄：
孫賓賓：各位專家我來自咱們淄博的駐地高校山東理工大學，我今天匯報相關工作，一是基于我們團隊的研究成果，我們團隊也是基于山東省高校新能源協同創新中心這個平臺，在做一些相關科研工作。
所以請允許我簡單地介紹這個中心和團隊情況。我匯報的題目是“燃料電池商用車模塊化建模與集成控制”。
山東省高校新能源協同創新中心，它的前身是2011年由淄博市人民政府投資5000萬，以山東理工大學牽頭協同清華大學、山東大學濰柴等等20多家企業協同起來，2013年的時候，中心獲批了山東省首批培育協同中心建設，當時全省有11個名額。2017年經過4年的培育建設，中心以優異考核成績，獲得正式立項建設。2019年11月份，由于我們整個中心的績效比較突出，升級為整個山東省示范協同創新中心。
今年我們正在積極地申報國家級的省部共建協同中心，山東省目前只有一個名額。整個中心經過十年從自主培育、立項、示范發展，目前基本情況跟大家匯報一下。
中心的構成。現在來說，山東理工大學牽頭由20家高校和企業來協同發展的機制。最多的時候是有32家協同體，這中間做了動態調整。
中心方向，也是緊緊圍繞地我國和山東省汽車產業發展需求和人才培養的需要，主要是新能源汽車能源動力系統，動力學與輕量化智能汽車和車用可再生能源材料五個方向。
中心的條件保障，近五年來我們中心共獲得省市投資建設經費是在7096萬元，協同企業研發投入約在5.3億。2020年10月份，山東理工大學專門為中心建造了一座6000平方的研發大樓，專門用于中心成果孵化、人才培養、科學研究為支撐。
中心團隊總人數是動態，我跟大家匯報一下，現在目前在中心大樓工作的固定人員現在是有52個全職因此人員。省部級人才13人，成果方面去年我們中心獲得了山東省科技進步一等獎2項，技術發明獎1項，國家項目近幾年來是5項，其中最大的是張鐵柱院士他研究的關于新能源產業化的項目，這個項目支持的經費是在一億元。
中心方向，低溫鋰離子動地電池及應用，大功率燃料電池及應用、高性能大容量鎳氫動力電池這方面也有一些研究，因為相關這一塊的產業需求越來越低，鎳氫電池這一塊比較少。
我們中心有兩個帶頭人，一個是張鐵柱院士，其實張院士最主要的工作是做低溫鋰離子動力電池，從單體成組PACK等一系列的技術，他能夠做到零下45攝氏度的低溫電池系統，他主要是用在軍工領域。
還有大功率燃料電池及應用團隊是高松教授，以及燃料電池面向整車的集成化的控制和參數設計的一些關系。
目前我們燃料電池研發的工作，跟大家簡單匯報一下。
整個研發思路，因為站在中心的平臺，研發的思路面向企業應用需求，能夠結合自身的優勢來進行一些底層應用基礎的開發，最關鍵的是通過相關的研發，能夠給我們企業培養相關的后續新生力量。
我們現在整個的研發流程，按照微流程這樣一個思路，從離線模塊化建模，模塊化的參數的設計，能量管理的設計，以及在線的整車的測試和標定這樣一個流程。
那么離線燃料電池模塊化建模，他們建120千瓦三個功率以及平臺，他們提的要求，多個燃料電池平臺開發的時候，你的模型要盡可能給我提供一個標準化的開發支撐。我們基于最底層的軟件，現在把燃料電池每一個部件，都是進行建模封裝到中層把燃料電池數據傳輸的構架進行設計到了上層面向企業應用層的話，我們主要一些參數的定義，或者企業需求性能的要求。
那么，我們在做這項工作的時候也遇到一些新的問題現在主流的思路是是幾種參數法，它是為了面向工程應用需求所必須的這樣的一種方法，但是這種方法他存在自身固定的缺陷問題就是他無法經過電堆面的層面時間和空間上面的差異性。所以說，后期的工作現在也在想辦法從現在商用化提升。
燃料電池研發工作，他們提的要求，這三家企業都屬于山東重工集團，盡可能的提供平臺然后方便他們后續各種車型在這個平臺上做一些設計、計算、分析。所以說我們就設計了這樣一個基本平臺框架，從駕駛員模型、能源動力系統模型、動力學模型、控制系統的子模塊、數據傳輸子模塊都進行了模塊化這樣一個設計。這是各個子模塊它的一些內部的結構，當然還有更底層，我就不再詳細地展開說了。
第三塊工作就是整車的熱管理這樣一個離線設計，因為燃料電池與內燃機最大的不同之處在于說，對于整車的熱負荷提供了更大的設計要求，因為像內燃機都是熱氣排出去，而燃料電池熱量尤其是面向重卡這種大功率需求的整車的話，對整車散熱系統的設計提出了更高的要求。所以說現在主要的工作，從產熱到傳熱到散熱各個部件它的熱流特性的分析。
第二是基于分析的結果，進行散熱器以及鋰電池、電機、燃料電池多個熱源之間的傳熱介質的分配和管理這樣一個設計。
能量管理策略離線設計，現在主要做了兩塊工作，一個是基于最優算法，因為基于最優算法，現在面工程應用還是不太可行，因為他的實施性沒法得到保障，但是基于最優算法，這一款整車，為提高整車的經濟性，最大的天花板是多少，基于這個天花板思路的設計的方法，基于鋰電池和燃料電池能量的調解，在制動的時候，機械能和電流的分配調解。
故障診斷這一塊，現在基于平臺來做，如何判斷故障以后，相應的故障等級是什么，相應的故障等級給出故障執行控制指令，尤其對于燃料電池整車來說，故障診斷現在復雜程度比傳統的燃油車多很多，因為傳統的燃油車面向鋰電池純電動轉換的時候，由于鋰電池的安全性的要求，提出更高的故障診斷的需求。像現在的燃料電池汽車都是采用負荷才能的設計方案，也就是說在原來的鋰電池的基礎上，現在又多了一個氫燃料電池所帶來的安全性要求。
那么硬件在環測試現在是基于武德（音）這個平臺，這是整個核心部件的開發思路。因為我們是高校，現在有一個比較全行業共同關注的問題。
我們高校車輛工程專業和內燃機專業，都有相應的招生名額，人才培養的體系和專業的建設。也就是說只有這么多本科生和研究生才能支撐整個行業發展。但是現在面臨一個問題，燃料電池應該說各大高校本科層面里面是沒有專業的建設和人才的招生這一塊。相關的也只是說某個老師某個團隊從事燃料電池研究，可能他的研究生能做，從事相關的工作。那么這就對于我們整個行業快速發展和人才供給的斷缺提出一個矛盾的點。在不同的場合，從高校人才角度出發，我們要呼吁高校這方面的人才體系。盡可能讓我們的燃料電池專業從本科到研究生到博士慢慢建立起來，更能支撐我們產業的發展。
謝謝！
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