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    掘金燃料電池車用傳感器

    發布日期: 2020-06-28
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    在燃料電池汽車中成本占比不高,但卻發揮著重要作用的元器件,它就是傳感器。

    燃料電池車用傳感器主要有氫氣傳感器、壓力傳感器及溫度傳感器等,每種類型的傳感器作用不同,技術難度有差異。目前國內燃料電池汽車所用氫氣傳感器和壓力傳感器主要采用進口產品,氫氣傳感器以日本FIS為主,壓力傳感器則以瑞士HubaControl、美國Sensata為主,溫度傳感器國內產品市場占比相對較高。

    造成燃料電池車用傳感器市場高度依賴進口的原因有很多,關鍵的因素在于市場需求偏小,企業缺乏研發動力,已開發的國產產品測試又不夠。不過,隨著國內燃料電池汽車規模的擴大,部分國內企業開始嗅到商機,專門立項以加快燃料電池車用傳感器研發步伐。

    作為應用方的燃料電池系統企業表示:“國產傳感器機會非常大。只是車用傳感器需要在工程化方面做好匹配,建議傳感器廠商更多地去了解使用方的需求,更多地了解汽車標準的要求。國內只要做出來的產品通過測試,就會有很有競爭力,比如國產壓力傳感器價格不到進口一半。”

    氫氣傳感器

    氫氣傳感器包括敏感探頭、電路板、外部殼體以及相關的結構組件;傳感器與外部的接口主要為通訊接口,這些子系統有機結合在一起構成了一個氫氣傳感器零部件。

    裝載氫氣傳感器,首要作用是為了保障燃料電池汽車運行安全。*,氫氣是易燃易爆氣體,對于燃料電池汽車而言,氫氣傳感器可檢測到氫氣濃度超過安全范圍時,給整車及時輸入報警信號,整車系統會立刻做出相應的斷電安全保護措施,以防止發生安全事故。

    此外,氫氣傳感器不僅能用于監測氣罐和電堆端氫氣的泄露,還能用于檢測排放尾氣中的氫氣濃度。燃料電池汽車也就能根據這些監測的信息來實時分析電堆的性能和反應程度,從而及時調整相關輸入指標或數據配置來實現車輛的安全、高效運行。

    一家燃料電池系統企業高層告訴高工氫電:“國標對燃料電池汽車的氫安全性是有要求的,一輛車需要氫氣傳感器的數量,要結合空間布置、通風、安全等來綜合考量。一般而言,發動機、儲氫罐、駕駛艙(車內)至少都要1個,尾排也會需要,我們的內定標準至少5個。”

    值得一提的是,氫氣傳感器分很多規格,量程也不盡相同。不同的燃料電池車型,同一車型的不同位置,對氫氣傳感器的需求都不一樣,若要求耐高溫高濕、高精度,價格也會偏貴些?;跐M足車輛需求及降成本的雙重考量,用戶一般會綜合選擇氫氣傳感器方案。

    高工氫電了解到,目前國內燃料電池汽車用氫氣傳感器基本都用日本FIS品牌的接觸燃燒式氫氣傳感器,該公司的氫氣傳感器被用于豐田MIRAI燃料電池乘用車。國內車用氫氣傳感器市場之所以幾乎被一家企業“壟斷”,國內產品還沒開始應用,原因有多方面。

    從技術角度來看,傳感器并非新事物,但車用氫氣傳感器不同于消費類傳感器,使用工況非常復雜,需隨整車一起經歷更為嚴苛的高溫低溫,同時也要抵抗外力的作用(如振動、撞擊等各種情況)。車用氫氣傳感器產品的開發需要滿足車規產品開發的基本要求和過程,從系統需求描述和分析開始,逐步迭代到設計、分析、驗證到整車試驗,確保產品的全面性、可靠性和安全性。

    當前國內氣體傳感器的開發參差不齊,消費類氣體傳感器性能難以滿足汽車復雜工況下的要求,車規級氫氣傳感器的研發對于一般的傳感器廠商而言是一大挑戰。而除技術原因外,更關鍵的因素在于目前市場需求較小、單價不高,難以刺激企業投入較多的財力物力來研發車規級氫氣傳感器,同時下游用戶也不愿意花更多時間去驗證新產品。

    經調查,目前符合車規級別的氫氣傳感器價格大概在1200-3000元之間。目前范圍內幾乎很少有廠商專門立項研發應用于氫燃料電池汽車的氫氣傳感器,已有產品中性能指標較接近的也僅僅只有日本FIS接觸燃燒式氫氣傳感器。

    “我們會選大家都選的,國外通過驗證的。從系統角度來說,一個系統幾十萬元,而幾個氫氣傳感器價格加起來不到1萬元,我們沒有那么多時間去驗證,考慮量程、精度、可靠性等能滿足要求就行。”一家燃料電池系統集成商負責人直言,前期考慮穩定可靠的,再逐步用國產產品去替換,是正常的邏輯。

    不過,他同時也表示,當對氫氣傳感器需求量大的時候,該支持國產化的還是要支持。

    事實上,現階段國內有幾家企業已經在研發車規級氫氣傳感器,個別提出了不同于FIS接觸燃燒式原理的固態鈀合金薄膜技術氫氣傳感器,只是距離真正批量化應用還有一定距離。

    壓力傳感器

    相比于氫氣傳感器,燃料電池汽車里面涉及壓力測量的地方更多,其中供氫系統側用的壓力傳感器主要用于高低壓報警;燃料電池系統側用壓力傳感器用于測量氫氣壓力、空氣壓力、冷卻水壓力等,是判斷發動機工作狀態的依據之一;配備了氫氣循環泵的位置也會用到壓力傳感器。綜合算下來,一輛車可能用到壓力傳感器多達10個以上。

    經調查,車用壓力傳感器根據用途、量程等具體參數的不同,價格從幾百到上千不等。從市場應用來看,國內燃料電池汽車多采用瑞士HubaControl、美國Sensata壓力傳感器。這兩家公司都是在傳感器領域積累非常深厚的跨國公司,其中Sensata傳感器產品被廣泛用于傳統汽車領域,所以自然而然地延伸至新能源汽車領域。

    一位行業資深人士表示:“目前基本沒有廠家會選國產壓力傳感器品牌,主要考慮可靠性問題。如果少量用國產產品可能差異不明顯,但批量長時間用就存在不確定性。”

    不過,也有燃料電池系統企業高層透露:“壓力傳感器在車上應用分不同的等級,有些地方對可靠性要求高,相對而言選質量比較好的,次要的點作為參考。在故障診斷邏輯里面,涉及到信號采集的等級會有所區別,會判斷重要點、次要點及參考點。選用壓力傳感器既要滿足需求,也要降低成本,所以我們會混著用不同的品牌不同的型號。”

    值得注意的是,與氫氣傳感器情況相似,由于市場需求量小,而企業前期研發投入偏大,目前包括傳感器公司在內的產品并不是為燃料電池汽車行業單獨立項研發的,都是基于以前原有的老型號基礎上改進而來。

    不過,隨著燃料電池汽車市場規模的擴大,對壓力傳感器性能要求進一步提升,品牌傳感器企業已經開始立項研發的傳感器產品。國內也有部分企業注意到這塊市場,加快了研發及市場拓展步伐。

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