汽车试验：燃料电池电堆测试

氢燃料电池堆是整个燃料电池产业链的核心部分。其性能和成本直接决定了燃料电池产业化进程。



燃料电池测试包括开发测试、耐久测试和产品定型的性能测试。在不同的设计阶段，为了不同的验证目的，电堆的测试也分阶段进行，包括单电池、短堆和整堆3个部分的验证，验证包括气体分布测试、应力分布验证、性能、加速老化、可靠性、振动、冷热冲击和冷启动。电堆产品最终的设计性能是否满足要求，是在工程阶段按照工艺规范将样件组装成全尺寸电堆后，按照相关标准进行测试后确定。

一、性能测试

1、稳态试验：本试验的目的是为了测试标准状态下电池的输出电压(或电流)和输出功率。

2、恒定气体流量的I-V特性测试

a)I-V特性测试:本试验的目的是确定电池电压(和功率密度)在恒定气体流量下随电流密度的变化而发生的变化。

b)恒定气体化学计量比下的I-V特性：本试验目的是确定气体化学计量比恒定条件下随电流密度改变的电池电压(和功率密度)的变化。

3、IR测量:本试验的目的是测定不同电流密度下电池的电阻，描述的测量技术可以用来进行IR测量，如果IR测量和I-V特性同时进行，IR测量不应影响电池的稳定状态，如果IR测量会干扰电池的稳定，先记录电压、电流密度值，再进行IR测量。

4、极限电流测试:本试验的目的是评价电池中MEA的传质极限。

5、扩散增益试验

a)氢气扩散增益测试:本试验的目的是评价阳极的扩散性能。通过氢气扩散增益测试评价实际使用中用重整气(氢气、二氧化碳、氮气及其他杂质的混合气) 作为燃料的MEA的性能。

b)氧气扩散增益测试:本试验的目的是评价阴极的扩散能力。氧气扩散增益测试用来评价在实际应用中以空气为氧化剂的MEA的性能。

6、气体计量比测试

a)燃料计量比测试:本试验的目的是评价阳极的扩散性能，与11.5.1的氢气扩散增益试验相同.
b)氧化剂计量比测试:本试验的目的是评价阴极的扩散性能，如11.5.2氧气扩散增益试验一样，试验应按下述流程进行。

7、温度影响测试:本试验的目的是测量电池温度对电池性能的影响。温度通常会影响电极反应速率和电解质的传导率。

8、压力影响测试:本试验的目的是测量燃料和氧化剂压力对电池性能的影响，试验中必须非常谨慎地保持膜两侧的压力差为恒定值，高压增加反应气体的密度，从而增加电极反应速率。

9、湿度影响测试:

a)燃料湿度影响测试:燃料湿度影响测试本试验的目的是测量燃料的不同湿度对电池性能的影响，燃料的湿度通常会影响电解质的传导率和阳极的气体扩散。
b)氧化剂湿度影响测试:本试验的目的是测量氧化剂的不同湿度对电池性能的影响。氧化剂湿度通常会影响电解质的传导和气体向阴极的扩散。

10、燃料组成测试:本试验的目的是测试重整气的组成对电池性能的影响。木试验用来测定电极对不同类型燃料气的耐受程度。重整气通常包括氢气、一氧化碳和惰性气体如二氧化碳、氮气；各组分含量取决于原料和重整方法的差异。惰性气体通常会影响氢气向电极的扩散。

11、过载试验:本试验的目的是评价电池的电过载耐久性。电池的过载耐久性受到催化剂活性和电极的气体扩散能力的影响。

12、长时间运行试验:长时间运行试验的目的是测定电池在规定的恒定电流条件下长期运行时的电压变化，长时间运行试验通常在稳态下进行，但在试验过程中会按固定的时间间隔周期性测试I-V特性和电池电阻，以评价电池性能。

13、启动/关机循环试验:启动/关机循环试验的目的是测定在规定条件下电池运行的性能变化，该变化情况是启动/关机次数的函数。该试验可作为特定运行条件下应用的ME A寿命的特定试验。

14、加载循环试验:加载循环试验的目的是测定在规定条件下燃料电池运行的电压变化，该变化是电流密度对时间的动态函数。该试验可作为特定运行条件下应用的MEA寿命的特定试验。

15、杂质影响试验

a)燃料杂质影响试验
本试验的目的是测定燃料中的杂质对电池性能的影响，并测定电池在额定电流密度下性能损失的恢复情况，电池使用含杂质燃料进行稳态运行试验。

b)氧化剂杂质影响试验
本试验的目的是测定氧化剂杂质对于电池性能的影响，以及电池在额定电流密度下性能损失的恢复程度。电池使用含杂质氧化剂进行稳态运行试验。

二、电阻测试

电堆的电阻测试是通过对膜电极、双极板等部件的接触电阻的测试来考察电堆的装配是否达到预定工艺要求。较低的电阻值可以保证电堆部件之间的充分接触，最大限度降低电堆使用过程中的欧姆极化损失。由于采用的双极板、膜电极等材料和装配控制上的差别，电堆生产企业的内控值多不对外公布。

三、气密性测试

气密性测试包括测试电堆整体的外部和内部窜气、漏液。气体的外漏尤其是氢气的外漏，降低了氢气的利用率，并会给整个电堆带来极大的安全隐患。内部的窜气，将降低电堆对外功率的输出。此项测试根据电堆设计的不同，控制指标也不尽相同。相对简单的测试方法是通过充气保压测试一定时间的压降，而更为精确的控制方式则是计算单位时间内通过单位面积的气体体积。

四、耐久性测试

耐久性测试用来衡量电堆使用寿命，目前并无统一的测试标准。衡量电堆耐久性的方法包括台架测试与实际路试。台架测试包括工况法和加速耐久法，实际路试作为更可靠性的方法也被电堆生产企业和整车企业所采用。台架测试工况可参考DOE测试工况， 加速耐久法多为电堆开发企业借助于采集的典型工况形成倍率因子加速测试。随着对设计开发的电堆了解的深入，对相关控制参数对电堆性能相互作用的掌握，电堆生产和整车企业，需要建立耐久性测试方法和标准，形成核心技术。