氫燃料電池展獲悉，燃料電池測(cè)試技術(shù)在燃料電池科學(xué)領(lǐng)域中占據(jù)著舉足輕重的地位。作為驗(yàn)證燃料電池性能、效率及耐久性的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，它不僅是推動(dòng)燃料電池技術(shù)從實(shí)驗(yàn)室走向產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用的橋梁，也是持續(xù)優(yōu)化改進(jìn)、提升技術(shù)競(jìng)爭(zhēng)力的核心手段。

兩大核心要素推動(dòng)產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程

測(cè)試方法和測(cè)試設(shè)備是燃料電池系統(tǒng)測(cè)試技術(shù)兩個(gè)核心要素。通過(guò)不同的測(cè)試方法和測(cè)試裝備，研究人員能夠全面評(píng)估燃料電池在不同工況下的電化學(xué)性能，為設(shè)計(jì)更高效的電堆結(jié)構(gòu)、優(yōu)化電極材料及電解質(zhì)配方提供數(shù)據(jù)支持;同時(shí)，耐久性測(cè)試等能夠模擬燃料電池長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行條件下的性能衰減情況，揭示潛在的失效機(jī)制，指導(dǎo)延長(zhǎng)電池使用壽命的策略開(kāi)發(fā)。

目前，由于燃料電池產(chǎn)品應(yīng)用規(guī)模較小，大多數(shù)測(cè)試設(shè)備仍是定制化非標(biāo)產(chǎn)品，尚未出臺(tái)行業(yè)統(tǒng)一的設(shè)計(jì)制造標(biāo)準(zhǔn)，這對(duì)研究人員提出了更高的要求，他們需要充分掌握各項(xiàng)燃料電池測(cè)試技術(shù)，對(duì)測(cè)試方法和測(cè)試功能具有清晰的認(rèn)識(shí)。在此基礎(chǔ)上，研究人員才能夠正確選擇、使用和調(diào)試設(shè)備，最終獲得準(zhǔn)確、可靠、有效的測(cè)試結(jié)果。

由此可見(jiàn)，精準(zhǔn)高效的測(cè)試技術(shù)為燃料電池技術(shù)持續(xù)創(chuàng)新與實(shí)踐應(yīng)用保駕護(hù)航，是推動(dòng)燃料電池產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程的重要驅(qū)動(dòng)力。

三個(gè)維度建立測(cè)試架構(gòu)

燃料電池系統(tǒng)測(cè)試技術(shù)主要由三個(gè)維度組成——性能、環(huán)境、時(shí)間，從這三個(gè)維度出發(fā)構(gòu)建出一套復(fù)雜而全面的測(cè)試體系。

圖1 燃料電池系統(tǒng)測(cè)試體系的三個(gè)維度

維度1性能檢測(cè)

性能檢測(cè)旨在通過(guò)各種表征手段獲得系統(tǒng)輸出外特性參數(shù)和內(nèi)秉性特征。外特性參數(shù)是燃料電池系統(tǒng)優(yōu)劣評(píng)價(jià)的主要指標(biāo)，通常由系統(tǒng)驗(yàn)證類(lèi)實(shí)驗(yàn)采集獲得，包括輸出電流、電壓、功率(電能)、熱能、效率、氫耗、排放等參數(shù)。內(nèi)秉性特征是燃料電池系統(tǒng)性能的重要設(shè)計(jì)指征，通常采集于系統(tǒng)設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)類(lèi)實(shí)驗(yàn)，包括阻抗、電磁、電位以及水熱等特征。

值得一提的是，上述性能參數(shù)需在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中實(shí)現(xiàn)檢測(cè)，這些過(guò)程包括啟動(dòng)、變載、穩(wěn)態(tài)運(yùn)行、額定運(yùn)行、峰值運(yùn)行等。檢測(cè)參數(shù)結(jié)合實(shí)驗(yàn)過(guò)程為一套測(cè)試方法，基于測(cè)試方法的指導(dǎo)，測(cè)試設(shè)備也應(yīng)具備相應(yīng)的檢測(cè)能力，包括采集、處理、分析及控制功能，分別應(yīng)用于測(cè)試設(shè)備的水、氫、空、電四個(gè)管理模塊，并由測(cè)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)設(shè)備的控制、采集、運(yùn)算、交互等。測(cè)試設(shè)備基本結(jié)構(gòu)如下圖所示。

圖2 燃料電池系統(tǒng)測(cè)試設(shè)備基本結(jié)構(gòu)圖3? 燃料電池系統(tǒng)測(cè)試臺(tái)

圖3 燃料電池系統(tǒng)測(cè)試臺(tái)

隨著需求改變，測(cè)試設(shè)備也會(huì)做相應(yīng)調(diào)整，在滿足基礎(chǔ)檢測(cè)功能的前提下，適當(dāng)擴(kuò)展檢測(cè)能力，從而提升測(cè)試設(shè)備的表征手段，這是當(dāng)前測(cè)試設(shè)備設(shè)計(jì)的主流思路。

維度2 環(huán)境檢測(cè)

在性能檢測(cè)基礎(chǔ)上疊加環(huán)境屬性會(huì)使得測(cè)試更為復(fù)雜。環(huán)境模擬設(shè)備即模擬真實(shí)環(huán)境條件的專(zhuān)用設(shè)備，包括溫、濕度模擬環(huán)境艙，高原(負(fù)壓)模擬環(huán)境艙，三綜合(振動(dòng)、溫度、濕度)環(huán)境艙，電磁兼容(EMC)暗室等。

為了實(shí)現(xiàn)環(huán)境維度的測(cè)試能力擴(kuò)充，環(huán)境測(cè)試設(shè)備根據(jù)燃料電池特性進(jìn)行大量適應(yīng)性改造，與性能測(cè)試設(shè)備相互配合。

例如，為實(shí)現(xiàn)燃料電池系統(tǒng)高原環(huán)境啟動(dòng)測(cè)試：在布置方面，性能測(cè)試設(shè)備通過(guò)管線聯(lián)通實(shí)現(xiàn)被測(cè)系統(tǒng)在環(huán)境艙內(nèi)運(yùn)行的能力。在負(fù)壓測(cè)試方面，需要判斷采用進(jìn)氣道負(fù)壓還是全艙負(fù)壓，這會(huì)極大地影響檢測(cè)結(jié)果。1)進(jìn)氣道的壓力直接作用于空壓機(jī)零部件，環(huán)境艙的壓力控制波動(dòng)顯著影響系統(tǒng)的運(yùn)行穩(wěn)定性，因此進(jìn)氣道負(fù)壓對(duì)環(huán)境艙壓力精度控制要求較高;2)全艙負(fù)壓條件下的被測(cè)系統(tǒng)進(jìn)、排氣都只能在艙內(nèi)，不與艙外直接連通，因此對(duì)環(huán)境艙新風(fēng)系統(tǒng)和排氣系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求會(huì)很高。此外，負(fù)壓測(cè)試相對(duì)封閉的測(cè)試環(huán)境對(duì)氫安全有嚴(yán)格要求，氫氣泄露后的檢測(cè)和處理都需要特殊設(shè)計(jì)。

圖4 燃料電池系統(tǒng)環(huán)境檢測(cè)設(shè)備

捷氫科技配備了系統(tǒng)級(jí)環(huán)境艙，能夠?qū)崿F(xiàn)全艙高溫、高濕、低溫以及負(fù)壓環(huán)境，其中溫度調(diào)控范圍可達(dá)到-40℃~60℃，全艙負(fù)壓調(diào)控50~101kPa.A。捷氫科技還建立了國(guó)內(nèi)領(lǐng)先的獨(dú)立涉氫電磁兼容性能測(cè)試能力，滿足CISPR 25 、GB/T 33014等標(biāo)準(zhǔn)要求，其中暗室艙匹配涉氫專(zhuān)用新風(fēng)系統(tǒng)，支持系統(tǒng)艙內(nèi)涉氫運(yùn)行。

維度3時(shí)間檢測(cè)

時(shí)間檢測(cè)即長(zhǎng)周期、高頻次條件下燃料電池的性能表征。

長(zhǎng)周期測(cè)試最典型的是壽命、耐久性和穩(wěn)定性測(cè)試。高頻次測(cè)試最典型的是可靠性測(cè)試，可靠性測(cè)試有多個(gè)分支門(mén)類(lèi)，如常溫啟?？煽啃浴⒌蜏貑⑼？煽啃浴⒏咴哓?fù)荷運(yùn)行可靠性、常溫交變負(fù)荷可靠性測(cè)試等。上述測(cè)試方法的共性為長(zhǎng)時(shí)間、連續(xù)的、反復(fù)高頻的運(yùn)行既定工況。這要求測(cè)試設(shè)備具備連續(xù)、穩(wěn)定且自動(dòng)化執(zhí)行特定工況的能力，被稱(chēng)為“燃料電池系統(tǒng)工況測(cè)試設(shè)備”。

要實(shí)現(xiàn)上述測(cè)試需求，需從設(shè)備設(shè)計(jì)和設(shè)備維護(hù)兩方面考慮。

設(shè)備設(shè)計(jì)

要求零部件的耐久性有足夠余量，重點(diǎn)關(guān)注：1)電氣材料老化;2)管路和接頭處理，材料腐蝕帶來(lái)的潔凈度問(wèn)題會(huì)嚴(yán)重影響被測(cè)物的運(yùn)行;3)執(zhí)行件響應(yīng)靈敏且迅速，能夠真實(shí)模擬工況中的操作條件變化等。

設(shè)備維護(hù)

設(shè)備應(yīng)具備較強(qiáng)的可維護(hù)性，重點(diǎn)關(guān)注：1)易損件可快速替換;2)冷卻路可視化檢查;3)定期維護(hù)冷卻液和散熱器;4)定期清理檢查進(jìn)排氣系統(tǒng)的過(guò)濾器，防止堵塞;5)測(cè)控軟件執(zhí)行效率高，保證軟件長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行下不過(guò)多占用測(cè)控硬件運(yùn)算資源，避免長(zhǎng)期運(yùn)行產(chǎn)生卡頓、死機(jī)的風(fēng)險(xiǎn)。

捷氫科技針對(duì)燃料電池系統(tǒng)耐久性、壽命及可靠性測(cè)試積累了豐富的檢測(cè)經(jīng)驗(yàn)和成果，先后完成2代產(chǎn)品、多個(gè)型號(hào)累計(jì)超過(guò)40000余小時(shí)的耐久性和壽命測(cè)試，以及超過(guò)8000小時(shí)的復(fù)雜工況可靠性驗(yàn)證測(cè)試。

誤區(qū)：壽命、耐久性、穩(wěn)定性不是一回事兒

三者均在一定運(yùn)行時(shí)長(zhǎng)下完成對(duì)燃料電池系統(tǒng)性能變化的評(píng)價(jià)。

壽命測(cè)試：要求燃料電池系統(tǒng)持續(xù)運(yùn)行至壽命終點(diǎn)判據(jù)(如輸出能力低于某個(gè)指標(biāo)時(shí)定義為壽命終點(diǎn))，測(cè)試目的是為了獲得實(shí)際壽命時(shí)長(zhǎng)。

耐久性測(cè)試：要求系統(tǒng)運(yùn)行在確定的設(shè)計(jì)壽命時(shí)長(zhǎng)后，評(píng)估性能衰減程度。

穩(wěn)定性測(cè)試：要求系統(tǒng)在設(shè)計(jì)壽命內(nèi)運(yùn)行一定時(shí)長(zhǎng)，評(píng)估運(yùn)行狀態(tài)(如短周期內(nèi)的性能衰減情況)等是否滿足預(yù)期。

綜上所述，隨著燃料電池技術(shù)進(jìn)步及規(guī)?；瘧?yīng)用擴(kuò)大，根據(jù)需求的不斷變化，燃料電池系統(tǒng)測(cè)試架構(gòu)從定義到理解，正展現(xiàn)出強(qiáng)大的“生長(zhǎng)型”特點(diǎn)，基于測(cè)試架構(gòu)，三個(gè)維度相互交織組合，在產(chǎn)品迭代和新項(xiàng)目開(kāi)發(fā)方面具有更大潛力和靈活性，為技術(shù)能力提升和終端場(chǎng)景適配奠定基礎(chǔ)。隨著更多測(cè)試方法和資源的不斷投入，測(cè)試技術(shù)的持續(xù)迭代過(guò)程也將推動(dòng)燃料電池整個(gè)領(lǐng)域的快速進(jìn)步。

捷氫科技研發(fā)測(cè)試中心在具備完整的測(cè)試方法和測(cè)試設(shè)備的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步提升測(cè)試過(guò)程的管理能力，并成功通過(guò)了CNAS實(shí)驗(yàn)室認(rèn)可，躋身國(guó)家認(rèn)可實(shí)驗(yàn)室行列，具備國(guó)家及國(guó)際認(rèn)可的檢測(cè)能力和管理水平，對(duì)保障產(chǎn)品品質(zhì)、提升核心競(jìng)爭(zhēng)力、增強(qiáng)客戶對(duì)產(chǎn)品認(rèn)可度具有重要意義。

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