氫燃料電池展獲悉，燃料電池測試技術(shù)在燃料電池科學(xué)領(lǐng)域中占據著(zhù)舉足輕重的地位。作為驗證燃料電池性能、效率及耐久性的關(guān)鍵環(huán)節，它不僅是推動(dòng)燃料電池技術(shù)從實(shí)驗室走向產(chǎn)業(yè)化應用的橋梁，也是持續優(yōu)化改進(jìn)、提升技術(shù)競爭力的核心手段。

兩大核心要素推動(dòng)產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程

測試方法和測試設備是燃料電池系統測試技術(shù)兩個(gè)核心要素。通過(guò)不同的測試方法和測試裝備，研究人員能夠全面評估燃料電池在不同工況下的電化學(xué)性能，為設計更高效的電堆結構、優(yōu)化電極材料及電解質(zhì)配方提供數據支持;同時(shí)，耐久性測試等能夠模擬燃料電池長(cháng)時(shí)間運行條件下的性能衰減情況，揭示潛在的失效機制，指導延長(cháng)電池使用壽命的策略開(kāi)發(fā)。

目前，由于燃料電池產(chǎn)品應用規模較小，大多數測試設備仍是定制化非標產(chǎn)品，尚未出臺行業(yè)統一的設計制造標準，這對研究人員提出了更高的要求，他們需要充分掌握各項燃料電池測試技術(shù)，對測試方法和測試功能具有清晰的認識。在此基礎上，研究人員才能夠正確選擇、使用和調試設備，最終獲得準確、可靠、有效的測試結果。

由此可見(jiàn)，精準高效的測試技術(shù)為燃料電池技術(shù)持續創(chuàng )新與實(shí)踐應用保駕護航，是推動(dòng)燃料電池產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程的重要驅動(dòng)力。

三個(gè)維度建立測試架構

燃料電池系統測試技術(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)構建出一套復雜而全面的測試體系。

圖1 燃料電池系統測試體系的三個(gè)維度

維度1性能檢測

性能檢測旨在通過(guò)各種表征手段獲得系統輸出外特性參數和內秉性特征。外特性參數是燃料電池系統優(yōu)劣評價(jià)的主要指標，通常由系統驗證類(lèi)實(shí)驗采集獲得，包括輸出電流、電壓、功率(電能)、熱能、效率、氫耗、排放等參數。內秉性特征是燃料電池系統性能的重要設計指征，通常采集于系統設計開(kāi)發(fā)類(lèi)實(shí)驗，包括阻抗、電磁、電位以及水熱等特征。

值得一提的是，上述性能參數需在實(shí)驗過(guò)程中實(shí)現檢測，這些過(guò)程包括啟動(dòng)、變載、穩態(tài)運行、額定運行、峰值運行等。檢測參數結合實(shí)驗過(guò)程為一套測試方法，基于測試方法的指導，測試設備也應具備相應的檢測能力，包括采集、處理、分析及控制功能，分別應用于測試設備的水、氫、空、電四個(gè)管理模塊，并由測控系統實(shí)現設備的控制、采集、運算、交互等。測試設備基本結構如下圖所示。

圖2 燃料電池系統測試設備基本結構圖3? 燃料電池系統測試臺

圖3 燃料電池系統測試臺

隨著(zhù)需求改變，測試設備也會(huì )做相應調整，在滿(mǎn)足基礎檢測功能的前提下，適當擴展檢測能力，從而提升測試設備的表征手段，這是當前測試設備設計的主流思路。

維度2 環(huán)境檢測

在性能檢測基礎上疊加環(huán)境屬性會(huì )使得測試更為復雜。環(huán)境模擬設備即模擬真實(shí)環(huán)境條件的專(zhuān)用設備，包括溫、濕度模擬環(huán)境艙，高原(負壓)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)現環(huán)境維度的測試能力擴充，環(huán)境測試設備根據燃料電池特性進(jìn)行大量適應性改造，與性能測試設備相互配合。

例如，為實(shí)現燃料電池系統高原環(huán)境啟動(dòng)測試：在布置方面，性能測試設備通過(guò)管線(xiàn)聯(lián)通實(shí)現被測系統在環(huán)境艙內運行的能力。在負壓測試方面，需要判斷采用進(jìn)氣道負壓還是全艙負壓，這會(huì )極大地影響檢測結果。1)進(jìn)氣道的壓力直接作用于空壓機零部件，環(huán)境艙的壓力控制波動(dòng)顯著(zhù)影響系統的運行穩定性，因此進(jìn)氣道負壓對環(huán)境艙壓力精度控制要求較高;2)全艙負壓條件下的被測系統進(jìn)、排氣都只能在艙內，不與艙外直接連通，因此對環(huán)境艙新風(fēng)系統和排氣系統的設計要求會(huì )很高。此外，負壓測試相對封閉的測試環(huán)境對氫安全有嚴格要求，氫氣泄露后的檢測和處理都需要特殊設計。

圖4 燃料電池系統環(huán)境檢測設備

捷氫科技配備了系統級環(huán)境艙，能夠實(shí)現全艙高溫、高濕、低溫以及負壓環(huán)境，其中溫度調控范圍可達到-40℃~60℃，全艙負壓調控50~101kPa.A。捷氫科技還建立了國內領(lǐng)先的獨立涉氫電磁兼容性能測試能力，滿(mǎn)足CISPR 25 、GB/T 33014等標準要求，其中暗室艙匹配涉氫專(zhuān)用新風(fēng)系統，支持系統艙內涉氫運行。

維度3時(shí)間檢測

時(shí)間檢測即長(cháng)周期、高頻次條件下燃料電池的性能表征。

長(cháng)周期測試最典型的是壽命、耐久性和穩定性測試。高頻次測試最典型的是可靠性測試，可靠性測試有多個(gè)分支門(mén)類(lèi)，如常溫啟?？煽啃?、低溫啟?？煽啃?、高原高負荷運行可靠性、常溫交變負荷可靠性測試等。上述測試方法的共性為長(cháng)時(shí)間、連續的、反復高頻的運行既定工況。這要求測試設備具備連續、穩定且自動(dòng)化執行特定工況的能力，被稱(chēng)為“燃料電池系統工況測試設備”。

要實(shí)現上述測試需求，需從設備設計和設備維護兩方面考慮。

設備設計

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 )嚴重影響被測物的運行;3)執行件響應靈敏且迅速，能夠真實(shí)模擬工況中的操作條件變化等。

設備維護

設備應具備較強的可維護性，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)定期維護冷卻液和散熱器;4)定期清理檢查進(jìn)排氣系統的過(guò)濾器，防止堵塞;5)測控軟件執行效率高，保證軟件長(cháng)時(shí)間運行下不過(guò)多占用測控硬件運算資源，避免長(cháng)期運行產(chǎn)生卡頓、死機的風(fēng)險。

捷氫科技針對燃料電池系統耐久性、壽命及可靠性測試積累了豐富的檢測經(jīng)驗和成果，先后完成2代產(chǎn)品、多個(gè)型號累計超過(guò)40000余小時(shí)的耐久性和壽命測試，以及超過(guò)8000小時(shí)的復雜工況可靠性驗證測試。

誤區：壽命、耐久性、穩定性不是一回事兒

三者均在一定運行時(shí)長(cháng)下完成對燃料電池系統性能變化的評價(jià)。

壽命測試：要求燃料電池系統持續運行至壽命終點(diǎn)判據(如輸出能力低于某個(gè)指標時(shí)定義為壽命終點(diǎn))，測試目的是為了獲得實(shí)際壽命時(shí)長(cháng)。

耐久性測試：要求系統運行在確定的設計壽命時(shí)長(cháng)后，評估性能衰減程度。

穩定性測試：要求系統在設計壽命內運行一定時(shí)長(cháng)，評估運行狀態(tài)(如短周期內的性能衰減情況)等是否滿(mǎn)足預期。

綜上所述，隨著(zhù)燃料電池技術(shù)進(jìn)步及規?；瘧脭U大，根據需求的不斷變化，燃料電池系統測試架構從定義到理解，正展現出強大的“生長(cháng)型”特點(diǎn)，基于測試架構，三個(gè)維度相互交織組合，在產(chǎn)品迭代和新項目開(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。隨著(zhù)更多測試方法和資源的不斷投入，測試技術(shù)的持續迭代過(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)測試中心在具備完整的測試方法和測試設備的基礎上，進(jìn)一步提升測試過(guò)程的管理能力，并成功通過(guò)了CNAS實(shí)驗室認可，躋身國家認可實(shí)驗室行列，具備國家及國際認可的檢測能力和管理水平，對保障產(chǎn)品品質(zhì)、提升核心競爭力、增強客戶(hù)對產(chǎn)品認可度具有重要意義。

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