汽車試驗：燃料電池電堆測試

氫燃料電池堆是整個燃料電池產業(yè)鏈的核心部分。其性能和成本直接決定了燃料電池產業(yè)化進程。

燃料電池測試包括開發(fā)測試、耐久測試和產品定型的性能測試。在不同的設計階段，為了不同的驗證目的，電堆的測試也分階段進行，包括單電池、短堆和整堆3個部分的驗證，驗證包括氣體分布測試、應力分布驗證、性能、加速老化、可靠性、振動、冷熱沖擊和冷啟動。電堆產品最終的設計性能是否滿足要求，是在工程階段按照工藝規(guī)范將樣件組裝成全尺寸電堆后，按照相關標準進行測試后確定。

一、性能測試

1、穩(wěn)態(tài)試驗：本試驗的目的是為了測試標準狀態(tài)下電池的輸出電壓(或電流)和輸出功率。

2、恒定氣體流量的I-V特性測試

a)I-V特性測試:本試驗的目的是確定電池電壓(和功率密度)在恒定氣體流量下隨電流密度的變化而發(fā)生的變化。

b)恒定氣體化學計量比下的I-V特性：本試驗目的是確定氣體化學計量比恒定條件下隨電流密度改變的電池電壓(和功率密度)的變化。

3、IR測量:本試驗的目的是測定不同電流密度下電池的電阻，描述的測量技術可以用來進行IR測量，如果IR測量和I-V特性同時進行，IR測量不應影響電池的穩(wěn)定狀態(tài)，如果IR測量會干擾電池的穩(wěn)定，先記錄電壓、電流密度值，再進行IR測量。

4、極限電流測試:本試驗的目的是評價電池中MEA的傳質極限。

5、擴散增益試驗

a)氫氣擴散增益測試:本試驗的目的是評價陽極的擴散性能。通過氫氣擴散增益測試評價實際使用中用重整氣(氫氣、二氧化碳、氮氣及其他雜質的混合氣) 作為燃料的MEA的性能。

b)氧氣擴散增益測試:本試驗的目的是評價陰極的擴散能力。氧氣擴散增益測試用來評價在實際應用中以空氣為氧化劑的MEA的性能。

6、氣體計量比測試

a)燃料計量比測試:本試驗的目的是評價陽極的擴散性能，與11.5.1的氫氣擴散增益試驗相同.

b)氧化劑計量比測試:本試驗的目的是評價陰極的擴散性能，如11.5.2氧氣擴散增益試驗一樣，試驗應按下述流程進行。

7、溫度影響測試:本試驗的目的是測量電池溫度對電池性能的影響。溫度通常會影響電極反應速率和電解質的傳導率。

8、壓力影響測試:本試驗的目的是測量燃料和氧化劑壓力對電池性能的影響，試驗中必須非常謹慎地保持膜兩側的壓力差為恒定值，高壓增加反應氣體的密度，從而增加電極反應速率。

9、濕度影響測試:

a)燃料濕度影響測試:燃料濕度影響測試本試驗的目的是測量燃料的不同濕度對電池性能的影響，燃料的濕度通常會影響電解質的傳導率和陽極的氣體擴散。

b)氧化劑濕度影響測試:本試驗的目的是測量氧化劑的不同濕度對電池性能的影響。氧化劑濕度通常會影響電解質的傳導和氣體向陰極的擴散。

10、燃料組成測試:本試驗的目的是測試重整氣的組成對電池性能的影響。木試驗用來測定電極對不同類型燃料氣的耐受程度。重整氣通常包括氫氣、一氧化碳和惰性氣體如二氧化碳、氮氣；各組分含量取決于原料和重整方法的差異。惰性氣體通常會影響氫氣向電極的擴散。

11、過載試驗:本試驗的目的是評價電池的電過載耐久性。電池的過載耐久性受到催化劑活性和電極的氣體擴散能力的影響。

12、長時間運行試驗:長時間運行試驗的目的是測定電池在規(guī)定的恒定電流條件下長期運行時的電壓變化，長時間運行試驗通常在穩(wěn)態(tài)下進行，但在試驗過程中會按固定的時間間隔周期性測試I-V特性和電池電阻，以評價電池性能。

13、啟動/關機循環(huán)試驗:啟動/關機循環(huán)試驗的目的是測定在規(guī)定條件下電池運行的性能變化，該變化情況是啟動/關機次數的函數。該試驗可作為特定運行條件下應用的ME A壽命的特定試驗。

14、加載循環(huán)試驗:加載循環(huán)試驗的目的是測定在規(guī)定條件下燃料電池運行的電壓變化，該變化是電流密度對時間的動態(tài)函數。該試驗可作為特定運行條件下應用的MEA壽命的特定試驗。

15、雜質影響試驗

a)燃料雜質影響試驗

本試驗的目的是測定燃料中的雜質對電池性能的影響，并測定電池在額定電流密度下性能損失的恢復情況，電池使用含雜質燃料進行穩(wěn)態(tài)運行試驗。

b)氧化劑雜質影響試驗

本試驗的目的是測定氧化劑雜質對于電池性能的影響，以及電池在額定電流密度下性能損失的恢復程度。電池使用含雜質氧化劑進行穩(wěn)態(tài)運行試驗。

二、電阻測試

電堆的電阻測試是通過對膜電極、雙極板等部件的接觸電阻的測試來考察電堆的裝配是否達到預定工藝要求。較低的電阻值可以保證電堆部件之間的充分接觸，限度降低電堆使用過程中的歐姆極化損失。由于采用的雙極板、膜電極等材料和裝配控制上的差別，電堆生產企業(yè)的內控值多不對外公布。

三、氣密性測試

氣密性測試包括測試電堆整體的外部和內部竄氣、漏液。氣體的外漏尤其是氫氣的外漏，降低了氫氣的利用率，并會給整個電堆帶來極大的安全隱患。內部的竄氣，將降低電堆對外功率的輸出。此項測試根據電堆設計的不同，控制指標也不盡相同。相對簡單的測試方法是通過充氣保壓測試一定時間的壓降，而更為的控制方式則是計算單位時間內通過單位面積的氣體體積。

四、耐久性測試

耐久性測試用來衡量電堆使用壽命，目前并無統(tǒng)一的測試標準。衡量電堆耐久性的方法包括臺架測試與實際路試。臺架測試包括工況法和加速耐久法，實際路試作為更可靠性的方法也被電堆生產企業(yè)和整車企業(yè)所采用。臺架測試工況可參考DOE測試工況， 加速耐久法多為電堆開發(fā)企業(yè)借助于采集的典型工況形成倍率因子加速測試。隨著對設計開發(fā)的電堆了解的深入，對相關控制參數對電堆性能相互作用的掌握，電堆生產和整車企業(yè)，需要建立耐久性測試方法和標準，形成核心技術。

文章來源：汽車測試網公眾號 侵刪