PEMFC電堆低溫特性試驗方法

OFweek鋰電網訊：新能源汽車以其節能、環保
、高效的概念成為未來汽車發展的一大方向。在大眾的視野中，純電動汽車還是一個新興的事物，而日本
、美國、歐(ou)洲(zhou)的(de)許(xu)多(duo)汽(qi)車(che)廠(chang)家(jia)已(yi)經(jing)開(kai)始(shi)氫(qing)燃(ran)料(liao)電(dian)池(chi)汽(qi)車(che)的(de)發(fa)展(zhan)規(gui)劃(hua)。在(zai)我(wo)國(guo)，未(wei)來(lai)純(chun)電(dian)動(dong)和(he)插(cha)電(dian)混(hun)合(he)動(dong)力(li)汽(qi)車(che)補(bu)貼(tie)將(jiang)大(da)幅(fu)退(tui)坡(po)，但(dan)燃(ran)料(liao)電(dian)池(chi)汽(qi)車(che)的(de)補(bu)貼(tie)額(e)度(du)保(bao)持(chi)不(bu)變(bian)且(qie)高(gao)於(yu)電動車。這樣的政策激勵催生了燃料電池汽車的快速崛起。

氫燃料電池是一種利用直接將儲存在氫氣和氧氣中的化學能高效、無汙染地轉化為電能的發電裝置。質子交換膜（PEM）燃料電池是繼堿性燃料電池、磷酸燃料電池、熔融碳酸鹽燃料電池和固體氧化物燃料電池後開發的第五代燃料電池，以其低溫運行、啟動快、比功率高
、體積小等優勢成為全球燃料電池汽車領域的首選技術。這也要求PEMranliaodianchinenggoujingshouzhuqicheshiyongzhongdegezhonghuanjingjigongkuangdeyankekaoyan。ranliaodianchifadianguochengzhonghuichanshengshui
，shuizaidiwenhuanjingxiarongyifashengdongjie，daozhidianchiwufaqidonghuoyunxinghenduanshijianjiubeipotingji
，fanfuqidonghuipohuairanliaodianchideneibujiegou。yi6kW電堆低溫啟動試驗為例，經過9次低溫啟動後，由於反複的冰凍及解凍
，質子交換膜上產生了裂紋和穿孔，電堆性能發生了明顯的衰退。我國地域遼闊
，0℃以下低溫啟動是燃料電池汽車無法回避的一個重要運行工況，所以對PEM燃料電池電堆的啟動方法及輔助啟動手段需要進行科學準確的測試，以減小實際使用中的壽命衰退。

圖二、電堆極化曲線圖

國標GB/T 31035-2014質子交換膜燃料電池電堆低溫特性試驗方法，規定了其低溫（0℃以下）條件下的存儲、啟動
、工作性能的試驗方法。在低溫啟動試驗中
，主要試驗設備包括直流電源、直流電子負載、溫濕度傳感器及燃料和氧化劑的測量設備。艾德克斯寬廣的直流電源及直流負載產品線可以為PEM燃料電池測試試驗提供高效高性能的測試設備。

圖三、燃料電池電堆低溫啟動實驗裝置

控製直流電源的啟動電流


，以0mA/cm2-1000mA/cm2的(de)電(dian)流(liu)密(mi)度(du)啟(qi)動(dong)燃(ran)料(liao)電(dian)池(chi)電(dian)堆(dui)，控(kong)製(zhi)氫(qing)氣(qi)與(yu)空(kong)氣(qi)的(de)輸(shu)入(ru)
，記(ji)錄(lu)燃(ran)料(liao)電(dian)池(chi)電(dian)堆(dui)溫(wen)度(du)到(dao)達(da)零(ling)度(du)的(de)啟(qi)動(dong)時(shi)間(jian)與(yu)功(gong)耗(hao)。電(dian)堆(dui)啟(qi)動(dong)後(hou)，逐(zhu)漸(jian)加(jia)大(da)電(dian)堆(dui)的(de)輸(shu)出(chu)功(gong)率(lv)，由(you)電(dian)子(zi)負(fu)載(zai)進(jin)行(xing)拉(la)載(zai)
，測(ce)試(shi)由(you)輸(shu)出(chu)功(gong)率(lv)為(wei)0到怠速狀態
、怠速狀態到額定功率的時間與功耗。額定功率運行10分鍾後，進行關機操作。反複進行低溫啟動試驗至至少成功啟動兩次。對比試驗前及試驗後的燃料電池電堆的氣體泄漏率、啟動時間及能耗
、關機時間及能耗、吹掃時間及能耗
、外部能量消耗量等參數，獲得PEM燃料電池的低溫啟動特性。

艾德克斯IT8900係列高性能大功率直流電子負載，支持150V/600V/1200V三種電壓範圍
，功率可擴展至600 kW,特別適用於燃料電池客車及乘用車電堆的測試。具備超高的電壓和電流分辨率，最高可達1mV和1 mA，同時電壓/電流測量速度最高可達50Hz
，利用上位機軟件可進行複雜拉載設置及長時間數據存儲。

艾德克斯IT6500係列寬範圍可編程大功率直流電源可以為不同功率規格的電堆提供從800W到30kW,以及高達1000V、1200A的寬廣輸出範圍
， CC&CV優先權功能實現快速無過衝的曲線變化，具有高精速、高可靠性的設置功能和安全特性。IT6500C係列直流電源可搭載功率耗散器，實現高達90 kW的一體化負載功能，簡化國標中雙向控製開關的接線及控製要求。

與(yu)蓄(xu)電(dian)池(chi)相(xiang)比(bi)，氫(qing)燃(ran)料(liao)電(dian)池(chi)測(ce)試(shi)中(zhong)包(bao)括(kuo)對(dui)燃(ran)料(liao)及(ji)氧(yang)化(hua)劑(ji)輸(shu)入(ru)的(de)控(kong)製(zhi)與(yu)輸(shu)出(chu)功(gong)率(lv)的(de)聯(lian)動(dong)，以(yi)及(ji)複(fu)雜(za)的(de)輸(shu)出(chu)極(ji)化(hua)曲(qu)線(xian)的(de)測(ce)試(shi)
，使(shi)用(yong)艾(ai)德(de)克(ke)斯(si)直(zhi)流(liu)電(dian)源(yuan)及(ji)直(zhi)流(liu)電(dian)子(zi)負(fu)載(zai)，可(ke)形(xing)成(cheng)高(gao)速(su)高(gao)性(xing)能(neng)可(ke)編(bian)程(cheng)測(ce)試(shi)方(fang)案(an)
，能(neng)夠(gou)簡(jian)化(hua)工(gong)程(cheng)師(shi)的(de)工(gong)作(zuo)，並(bing)具(ju)有(you)完(wan)善(shan)的(de)保(bao)護(hu)功(gong)能(neng)及(ji)高(gao)可(ke)靠(kao)性(xing)