三个维度建立燃料电池系统“时空测试架构”

氢燃料电池展获悉，燃料电池测试技术在燃料电池科学领域中占据着举足轻重的地位。作为验证燃料电池性能、效率及耐久性的关键环节，它不仅是推动燃料电池技术从实验室走向产业化应用的桥梁，也是持续优化改进、提升技术竞争力的核心手段。

两大核心要素推动产业化进程

测试方法和测试设备是燃料电池系统测试技术两个核心要素。通过不同的测试方法和测试装备，研究人员能够全面评估燃料电池在不同工况下的电化学性能，为设计更高效的电堆结构、优化电极材料及电解质配方提供数据支持;同时，耐久性测试等能够模拟燃料电池长时间运行条件下的性能衰减情况，揭示潜在的失效机制，指导延长电池使用寿命的策略开发。

目前，由于燃料电池产品应用规模较小，大多数测试设备仍是定制化非标产品，尚未出台行业统一的设计制造标准，这对研究人员提出了更高的要求，他们需要充分掌握各项燃料电池测试技术，对测试方法和测试功能具有清晰的认识。在此基础上，研究人员才能够正确选择、使用和调试设备，最终获得准确、可靠、有效的测试结果。

由此可见，精准高效的测试技术为燃料电池技术持续创新与实践应用保驾护航，是推动燃料电池产业化进程的重要驱动力。

三个维度建立测试架构

燃料电池系统测试技术主要由三个维度组成——性能、环境、时间，从这三个维度出发构建出一套复杂而全面的测试体系。

图1 燃料电池系统测试体系的三个维度

维度1性能检测

性能检测旨在通过各种表征手段获得系统输出外特性参数和内秉性特征。外特性参数是燃料电池系统优劣评价的主要指标，通常由系统验证类实验采集获得，包括输出电流、电压、功率(电能)、热能、效率、氢耗、排放等参数。内秉性特征是燃料电池系统性能的重要设计指征，通常采集于系统设计开发类实验，包括阻抗、电磁、电位以及水热等特征。

值得一提的是，上述性能参数需在实验过程中实现检测，这些过程包括启动、变载、稳态运行、额定运行、峰值运行等。检测参数结合实验过程为一套测试方法，基于测试方法的指导，测试设备也应具备相应的检测能力，包括采集、处理、分析及控制功能，分别应用于测试设备的水、氢、空、电四个管理模块，并由测控系统实现设备的控制、采集、运算、交互等。测试设备基本结构如下图所示。

图2 燃料电池系统测试设备基本结构图3? 燃料电池系统测试台

图3 燃料电池系统测试台

随着需求改变，测试设备也会做相应调整，在满足基础检测功能的前提下，适当扩展检测能力，从而提升测试设备的表征手段，这是当前测试设备设计的主流思路。

维度2 环境检测

在性能检测基础上叠加环境属性会使得测试更为复杂。环境模拟设备即模拟真实环境条件的专用设备，包括温、湿度模拟环境舱，高原(负压)模拟环境舱，三综合(振动、温度、湿度)环境舱，电磁兼容(EMC)暗室等。

为了实现环境维度的测试能力扩充，环境测试设备根据燃料电池特性进行大量适应性改造，与性能测试设备相互配合。

例如，为实现燃料电池系统高原环境启动测试：在布置方面，性能测试设备通过管线联通实现被测系统在环境舱内运行的能力。在负压测试方面，需要判断采用进气道负压还是全舱负压，这会极大地影响检测结果。1)进气道的压力直接作用于空压机零部件，环境舱的压力控制波动显著影响系统的运行稳定性，因此进气道负压对环境舱压力精度控制要求较高;2)全舱负压条件下的被测系统进、排气都只能在舱内，不与舱外直接连通，因此对环境舱新风系统和排气系统的设计要求会很高。此外，负压测试相对封闭的测试环境对氢安全有严格要求，氢气泄露后的检测和处理都需要特殊设计。

图4 燃料电池系统环境检测设备

捷氢科技配备了系统级环境舱，能够实现全舱高温、高湿、低温以及负压环境，其中温度调控范围可达到-40℃~60℃，全舱负压调控50~101kPa.A。捷氢科技还建立了国内领先的独立涉氢电磁兼容性能测试能力，满足CISPR 25 、GB/T 33014等标准要求，其中暗室舱匹配涉氢专用新风系统，支持系统舱内涉氢运行。

维度3时间检测

时间检测即长周期、高频次条件下燃料电池的性能表征。

长周期测试最典型的是寿命、耐久性和稳定性测试。高频次测试最典型的是可靠性测试，可靠性测试有多个分支门类，如常温启停可靠性、低温启停可靠性、高原高负荷运行可靠性、常温交变负荷可靠性测试等。上述测试方法的共性为长时间、连续的、反复高频的运行既定工况。这要求测试设备具备连续、稳定且自动化执行特定工况的能力，被称为“燃料电池系统工况测试设备”。

要实现上述测试需求，需从设备设计和设备维护两方面考虑。

设备设计

要求零部件的耐久性有足够余量，重点关注：1)电气材料老化;2)管路和接头处理，材料腐蚀带来的洁净度问题会严重影响被测物的运行;3)执行件响应灵敏且迅速，能够真实模拟工况中的操作条件变化等。

设备维护

设备应具备较强的可维护性，重点关注：1)易损件可快速替换;2)冷却路可视化检查;3)定期维护冷却液和散热器;4)定期清理检查进排气系统的过滤器，防止堵塞;5)测控软件执行效率高，保证软件长时间运行下不过多占用测控硬件运算资源，避免长期运行产生卡顿、死机的风险。

捷氢科技针对燃料电池系统耐久性、寿命及可靠性测试积累了丰富的检测经验和成果，先后完成2代产品、多个型号累计超过40000余小时的耐久性和寿命测试，以及超过8000小时的复杂工况可靠性验证测试。

误区：寿命、耐久性、稳定性不是一回事儿

三者均在一定运行时长下完成对燃料电池系统性能变化的评价。

寿命测试：要求燃料电池系统持续运行至寿命终点判据(如输出能力低于某个指标时定义为寿命终点)，测试目的是为了获得实际寿命时长。

耐久性测试：要求系统运行在确定的设计寿命时长后，评估性能衰减程度。

稳定性测试：要求系统在设计寿命内运行一定时长，评估运行状态(如短周期内的性能衰减情况)等是否满足预期。

综上所述，随着燃料电池技术进步及规模化应用扩大，根据需求的不断变化，燃料电池系统测试架构从定义到理解，正展现出强大的“生长型”特点，基于测试架构，三个维度相互交织组合，在产品迭代和新项目开发方面具有更大潜力和灵活性，为技术能力提升和终端场景适配奠定基础。随着更多测试方法和资源的不断投入，测试技术的持续迭代过程也将推动燃料电池整个领域的快速进步。

捷氢科技研发测试中心在具备完整的测试方法和测试设备的基础上，进一步提升测试过程的管理能力，并成功通过了CNAS实验室认可，跻身国家认可实验室行列，具备国家及国际认可的检测能力和管理水平，对保障产品品质、提升核心竞争力、增强客户对产品认可度具有重要意义。

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