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燃料电池车用传感器依赖进口,国产突破口在哪?

日期:2020-04-20    来源:高工氢燃料电池

国际新能源网

2020
04/20
09:48
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关键词: 燃料电池汽车 氢燃料电池 氢气

燃料电池汽车中成本占比不高,但却发挥着重要作用的元器件,它就是传感器。

燃料电池车用传感器主要有氢气传感器、压力传感器及温度传感器等,每种类型的传感器作用不同,技术难度有差异。目前国内燃料电池汽车所用氢气传感器和压力传感器主要采用进口产品,氢气传感器以日本FIS为主,压力传感器则以瑞士Huba Control、美国Sensata为主,温度传感器国内产品市场占比相对较高。

造成燃料电池车用传感器市场高度依赖进口的原因有很多,最关键的因素在于市场需求偏小,企业缺乏研发动力,已开发的国产产品测试又不够。不过,随着国内燃料电池汽车规模的扩大,部分国内企业开始嗅到商机,专门立项以加快燃料电池车用传感器研发步伐。

作为应用方的燃料电池系统企业表示:“国产传感器机会非常大。只是车用传感器需要在工程化方面做好匹配,建议传感器厂商更多地去了解使用方的需求,更多地了解汽车标准的要求。国内只要做出来的产品通过测试,就会有很有竞争力,比如国产压力传感器价格不到进口一半。”

氢气传感器

氢气传感器包括敏感探头、电路板、外部壳体以及相关的结构组件;传感器与外部的接口主要为通讯接口,这些子系统有机结合在一起构成了一个氢气传感器零部件。

装载氢气传感器,首要作用是为了保障燃料电池汽车运行安全。众所周知,氢气是易燃易爆气体,对于燃料电池汽车而言,氢气传感器可检测到氢气浓度超过安全范围时,给整车及时输入报警信号,整车系统会立刻做出相应的断电安全保护措施,以防止发生安全事故。

此外,氢气传感器不仅能用于监测气罐和电堆端氢气的泄露,还能用于检测排放尾气中的氢气浓度。燃料电池汽车也就能根据这些监测的信息来实时分析电堆的性能和反应程度,从而及时调整相关输入指标或数据配置来实现车辆的安全、高效运行。

一家燃料电池系统企业高层告诉高工氢电:“国标对燃料电池汽车的氢安全性是有要求的,一辆车需要氢气传感器的数量,要结合空间布置、通风、安全等来综合考量。一般而言,发动机、储氢罐、驾驶舱(车内)至少都要1个,尾排也会需要,我们的内定标准至少5个。”

值得一提的是,氢气传感器分很多规格,量程也不尽相同。不同的燃料电池车型,同一车型的不同位置,对氢气传感器的需求都不一样,若要求耐高温高湿、高精度,价格也会偏贵些。基于满足车辆需求及降成本的双重考量,用户一般会综合选择氢气传感器方案。

高工氢电了解到,目前国内燃料电池汽车用氢气传感器基本都用日本FIS品牌的接触燃烧式氢气传感器,该公司的氢气传感器被用于丰田MIRAI燃料电池乘用车。国内车用氢气传感器市场之所以几乎被一家企业“垄断”,国内产品还没开始应用,原因有多方面。

从技术角度来看,传感器并非新事物,但车用氢气传感器不同于消费类传感器,使用工况非常复杂,需随整车一起经历更为严苛的高温低温,同时也要抵抗外力的作用(如振动、撞击等各种情况)。车用氢气传感器产品的开发需要满足车规产品开发的基本要求和过程,从系统需求描述和分析开始,逐步迭代到设计、分析、验证到整车试验,确保产品的全面性、可靠性和安全性。

当前国内气体传感器的开发参差不齐,消费类气体传感器性能难以满足汽车复杂工况下的要求,车规级氢气传感器的研发对于一般的传感器厂商而言是一大挑战。而除技术原因外,更关键的因素在于目前市场需求较小、单价不高,难以刺激企业投入较多的财力物力来研发车规级氢气传感器,同时下游用户也不愿意花更多时间去验证新产品。

经调查,目前符合车规级别的氢气传感器价格大概在1200-3000元之间。目前全球范围内几乎很少有厂商专门立项研发应用于氢燃料电池汽车的氢气传感器,已有产品中性能指标较接近的也仅仅只有日本FIS接触燃烧式氢气传感器。

“我们会选大家都选的,国外通过验证的。从系统角度来说,一个系统几十万元,而几个氢气传感器价格加起来不到1万元,我们没有那么多时间去验证,考虑量程、精度、可靠性等能满足要求就行。”一家燃料电池系统集成商负责人直言,前期考虑稳定可靠的,再逐步用国产产品去替换,是正常的逻辑。

不过,他同时也表示,当对氢气传感器需求量大的时候,该支持国产化的还是要支持。

事实上,现阶段国内有几家企业已经在研发车规级氢气传感器,个别提出了不同于FIS接触燃烧式原理的固态钯合金薄膜技术氢气传感器,只是距离真正批量化应用还有一定距离。

压力传感器

相比于氢气传感器,燃料电池汽车里面涉及压力测量的地方更多,其中供氢系统侧用的压力传感器主要用于高低压报警;燃料电池系统侧用压力传感器用于测量氢气压力、空气压力、冷却水压力等,是判断发动机工作状态的依据之一;配备了氢气循环泵的位置也会用到压力传感器。综合算下来,一辆车可能用到压力传感器多达10个以上。

经调查,车用压力传感器根据用途、量程等具体参数的不同,价格从几百到上千不等。从市场应用来看,国内燃料电池汽车多采用瑞士Huba Control、美国Sensata压力传感器。这两家公司都是在传感器领域积累非常深厚的跨国公司,其中Sensata传感器产品被广泛用于传统汽车领域,所以自然而然地延伸至新能源汽车领域。

一位行业资深人士表示:“目前基本没有厂家会选国产压力传感器品牌,主要考虑可靠性问题。如果少量用国产产品可能差异不明显,但批量长时间用就存在不确定性。”

不过,也有燃料电池系统企业高层透露:“压力传感器在车上应用分不同的等级,有些地方对可靠性要求高,相对而言选质量比较好的,次要的点作为参考。在故障诊断逻辑里面,涉及到信号采集的等级会有所区别,会判断重要点、次要点及参考点。选用压力传感器既要满足需求,也要降低成本,所以我们会混着用不同的品牌不同的型号。”

值得注意的是,与氢气传感器情况相似,由于市场需求量小,而企业前期研发投入偏大,目前包括知名品牌传感器公司在内的产品并不是为燃料电池汽车行业单独立项研发的,都是基于以前原有的老型号基础上改进而来。

不过,随着全球燃料电池汽车市场规模的扩大,对压力传感器性能要求进一步提升,品牌传感器企业已经开始立项研发专用的传感器产品。国内也有部分企业注意到这块市场,加快了研发及市场拓展步伐。

业内人士提醒道:“目前燃料电池车用压力传感器缺乏行业标准,有大的方向,但没有细节的规定与引导,现阶段主要参考知名品牌企业标准及一些国外标准。为更快推动燃料电池车用压力传感器发展,需要专业化的国标去引导,建议重视这个领域标准的制定。”


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