在上海同濟大學和德國斯圖加特大學聯合舉辦的第二屆上海-斯圖加特汽車及動力技術國際研討會上，來自同濟大學的張新豐博士分享了有關燃料動力電池的學術見解。

2017年十月二十七日，在上海同濟大學和德國斯圖加特大學聯合舉辦的第二屆上海-斯圖加特汽車及動力技術國際研討會上，來自同濟大學的張新豐博士分享了有關燃料動力電池的學術見解。會后，汽車氪對張新豐博士進行了專訪：汽車氪：同濟大學從哪一年開始研究的燃料動力電池？

張新豐：同濟大學是最早研究氫燃料動力電池的研究機構之一，我們最早在1998年開始了燃料動力電池汽車動力系統的研究，從最早期側重于燃料動力電池汽車動力系統開發，逐步過渡到燃料動力電池系統集成，及擴展到輔助系統關鍵零部件的開發，目前在燃料動力電池電堆建模、系統集成和控制、測試驗證方法和工具鏈等方面均有研究。在電堆材料方面，膜電極、催化劑、雙極板等均取得了一定的成果。

汽車氪：您參和編寫了《氫燃料動力電池汽車發展技術路線圖》，談一談你對我國發展燃料動力電池汽車的看法？

張新豐：燃料動力電池汽車相關的重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，突破燃料動力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面取得至少和內燃機相當的水平；然后再逐步推廣應用。第二種思路，要求政府供應適當的刺激政策，率先在某些領域實現燃料動力電池的產業化，不要拘泥于完全自主開發，（黑貓白貓都可以，讓大家看到這個產業有利可圖），然后吸引民間資本，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。這次公布的國家重點項目指南來看，也能看出這點。

汽車氪：氫燃料動力電池發動機開發周期如何？

張新豐：燃料動力電池發動機應該有自己的開發節奏，重要有以下原因：

1）燃料動力電池發動機的開發周期更長。從MEA到電堆，從電堆到發動機，從發動機到整車動力系統，創新鏈也很完整，但是我們忽略了每個環節指標的提升所要花費的時間是不相同的。總的來說，膜電極材料體系的驗證成熟要比電堆集成慢；電堆集成要比發動機開發慢；燃料動力電池發動機開發周期要比整車動力系統慢，慢很多。2）相較于整車零部件來說，燃料動力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，小型專用壓縮機是制約高功率密度燃料動力電池發動機的重要瓶頸。3）燃料動力電池電堆和輔助系統的耦合要比發動機和動力系統的耦合更加緊密，前者涉及到燃料、供氣、冷卻、電力及控制信號方面的協調；后者重要是功率的動態匹配和調控。因此燃料動力電池發動機作為一個產品形式，具有一定的完整性。

汽車氪：氫燃料動力電池的開發難度在哪里？

張新豐：一方面：燃料動力電池發動機是目前該領域最復雜的、多學科集成的動力系統之一，涉及材料學、電化學、傳熱學、流體力學、結構力學、控制理論等眾多領域，要在高溫、高壓、高轉速和高載荷的嚴酷條件下工作，并滿足重量輕、可靠性高、安全性好、壽命長、高效率等眾多十分苛刻而又互相矛盾的要求。另一方面：燃料動力電池發動機的研制，我個人認為，不亞于發動機的研制，只是努力的方向不相同，低成本、高可靠性（ECU級別50-100ppm,動力系統0.1%）

汽車氪：您認為提高氫燃料功能密度的技術難點在哪里？

張新豐：提高燃料動力電池系統功率密度要從以下幾個方面入手：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，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）減小電堆和系統的體積，比如采用更薄的雙極板，更小的空壓機等輔助系統零部件，以及集成設計等；3）供應相應工作電流密度下所需的陰極氣流，也是就是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：氫燃料動力電池發動機開發周期是怎么樣的？

張新豐：燃料動力電池發動機應該有自己的開發節奏，重要有以下原因：

1）燃料動力電池發動機的開發周期更長。從MEA到電堆，從電堆到發動機，從發動機到整車動力系統，創新鏈也很完整，但是，我們忽略了每個環節指標的提升，所要花費的時間是不相同的。總的來說，膜電極材料體系的驗證成熟要比電堆集成慢；電堆集成要比發動機開發慢；燃料動力電池發動機開發周期要比整車動力系統慢，慢很多。2）相較于整車零部件來說，燃料動力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；小型專用壓縮機目前是制約高功率密度燃料動力電池發動機的重要瓶頸。3）燃料動力電池電堆和輔助系統的耦合要比發動機和動力系統的耦合更加緊密，前者涉及到燃料、供氣、冷卻、電力及控制信號方面的協調；后者重要是功率的動態匹配和調控。因此燃料動力電池發動機作為一個產品形式，具有一定的完整性。

汽車氪：燃料動力電池發動機有什么性能要綜合考慮？

張新豐：剛剛我說到，燃料動力電池發動機開發的難度很大。一方面，他要考慮的性能方面非常多，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；另一方面不同性能之間形成相互制約/相互折中。和LudwigJoorison交流時，談到日本某汽車公司大功率燃料動力電池發動機，我們都在想，為何功率要達到115kW？后備功率？是不是以成本換取耐久性、換取經濟性？等等，燃料動力電池發動機設計的策略，指標的調整和優化方法是公司的核心機密。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：那如何加快燃料動力電池發動機的開發節奏？

張新豐：國內燃料動力電池發動機開發，基本沒有國外的技術來源，引進消化吸收的可能性比較小，只能走正向開發的道路。開發過程中所需的測試方法、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、子系統靜態匹配，動態模型和算法測試驗證、系統集成驗證、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系。張新豐，承擔及參和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余篇，申請/授權發明專利20余項，出版教材和著作2部《質子交換膜燃料動力電池建模和Matlab仿真》《汽車電子控制系統仿真和設計》，有8年燃料動力電池系統集成相關經驗，參和編寫《我國節能和新能源汽車技術路線圖氫燃料動力電池汽車發展技術路線圖》