宁波拜特熊宗保：提高耐久性等于降低燃料电池成本

1月6日—8日，由势银（TrendBank）主办的“2020势银氢能与燃料电池产业年会”在上海虹桥新华联索菲特大酒店正式举行。

在本次会上，宁波拜特新能源技术有限公司总经理兼总工程师熊宗保发表题为《PEMFCs燃料电池寿命测试设备》的演讲。

熊宗保表示，目前PEMFC燃料电池车辆驾驶工况耐久性，国家要求小车3000小时，商用车5000小时。只有进一步提升PEMFC燃料电池的性能，提高耐久性并降低成本，才有望实现更大规模的商业化。

以下是演讲全文：

我今天讲的题目是燃料电池的寿命检测设备。

宁波拜特做燃料电池设备比较早，而宁波拜特新能源是宁波拜特的一个事业部，自去年独立出来后开始做燃料电池相关测试设备，主要做的测试设备有这么五类：

第一类是燃料电池堆的测试设备，从最小的25千瓦到150千瓦，现在也有在谈200千瓦的；

第二类是燃料电池系统测试平台；

第三类是燃料电池系统BOP测试，包括空压机、水泵，都是工业化生产后才出现了测试要求；

第四类是固体氧化物的测试平台，国内的在5千瓦左右，是双向逆反应测试平台；

第五类是甲醇的测试平台。

我先说一下燃料电池寿命测试设备。寿命检测在燃料电池测试里是一个非常重要的参数，提高耐久性等于降低燃料电池成本，而燃料电池寿命对性能指标而言是一个重要考核。

2020年6月，国家发布燃料电池寿命的评价标准。这个标准只是提供了一个尺度，每家生产堆的厂家都有自己的寿命评测方式。在国家评价标准里面，功率参数要用它的评价方法。

以燃料电池单片电压衰减10%作为燃料电池的寿命评价方法，有的是200个小时，有的是190个小时。200小时的寿命肯定大于100个小时的寿命，通过推断的方法算出燃料电池寿命，但这并没有真正得到燃料电池的寿命，只是得到燃料电池电压单体衰减了10%，是一个估算方式。

满堆测试平台肯定要用100千瓦来进行评测，这时的功率非常大，对燃料电池来说，实际上是电化学产品，我们最后输出的是电。燃料电池测试平台首先要为燃料电池提供一个环境，让它发电，最后评价它的寿命。

首先，测试平台需要一个流量控制，氢气的燃料控制、空气的流量控制等。而为什么要有氮气，是为了保护，其次是加湿。虽然某些燃料电池对湿度要求不高或不需要加湿，但是测试平台是面向所有的堆，可能在实际运营中不需要给氢气加湿或空气加湿量较小。

通过我们的测试台架，从而实现完整的电堆工况、氢气压力控制、氢气尾气处理以及燃料电池堆温度，对燃料电池良好的工作环境有一定保证。我们通过电池负载，单体电压来拉载它的工况。

我们的测试台架是要满足功率的特性，不对环境做规定，对电堆湿度不做高速响应，它只是满足电堆的最高功耗，对电堆电压只需要准确测量，不需要高速测量和长时间测量，10%的衰减，1万小时可能做几百个小时的测试。

我们最后要分析，作为电堆厂家还是要对燃料电池堆寿命做一个测试说明，真正跑1万个小时，最好是用短堆。

而要求真正电堆的分析寿命相关技术和相关方法，这对我们的测试台架就是另外的要求，这样的要求要在10千瓦以下做长时间考核，还要配电堆环境仓，因为它是作为分析用的，分析在各个温度下的电堆内部状况。

阴阳极湿度要快速变化，我们人体的感应电堆在实际运行过程中，环境湿度是不会快速变化的，但是在一些加速测试中，会故意让湿度快速变化，从而看电堆能不能适应快速反应，反过来分析燃料电池内部的水热管理，也可通过这种方式来缩短测试时间，找到推算方法。

燃料电池的特性不是通过其他方式来展现，而是通过电的方式展现。我们只有通过电来分析燃料电池存在的问题，这个问题首先是要有一个电池负载、EIS，或电流中断、或高频的阻抗。

高端测试有这三个方法，如果用户预算有限，最简单的就是电流中断还有高速测试，普通测试不需要高速，因为是一个10%的衰减率，不是分析电堆寿命的相关因素。在湿度快速变化时，单体特性到底是什么，在0.1秒切断时，希望你能够看到单体的所有特性，而所有的特性肯定是要高速测量。

关于电堆的环境仓，首先是低温启动，我们通过环境仓可实现燃料电池堆的低温启动，有两种启动方式——可模拟电堆自启动和辅助自启动，你可自动调配，方便用户在冷启动研究过程中和系统特性的时候自动匹配参数，从而反过来分析燃料电池在自启动过程中存在的问题。

刚才讲到了电堆的湿度变化对燃料电池非常重要，燃料电池的水热平衡是很重要的因素。需要有一个电动的湿度快速变化，来反应燃料电池内部的水热平衡状态，通过其它分析燃料电池内部的一些特性。

我们原来不太理解湿度为什么要快速变化，湿度变化是为了加速设施使用，而有的是故意为之，用来分析燃料电池内部的水热平衡状态。

我们的控制方式是通过一路干气和一路饱和湿气配比来实现各种气体的相对湿度。一个是专门达到100%规定的漏点。比如说80度，我们在气体的增湿部分要控制在60度，只要气体一进去，就是在80%左右的漏点情况下的相应湿度，上面的是干气，空气过来大概是在40%以下，过来以后通过流量控制来控制干湿气的配比，最后通过湿度传感器。

因为干湿气配比可直接算出来，要达到多少的相对湿度就是送多少干气和送多少湿气，因为流量计的响应速度在1秒钟左右，湿度的响应速度是可以做到的。

我们的湿度传感器一般的响应速度是6s。对于测量来说，最重要的一条是EIS频谱，范围为10mHz-20KHz，测试交流电流可在直流电流的0.1-10%的范围内设定，在维持交流电流设定值的同时改变直流的负载电流。

最简单的方式是普通电子负载。我们在10千瓦里面采用的大量线性负载，它的响应特性是微秒级的，停止和关段的时间很短，我们通过0.1秒的分析快速剥离电堆的阻抗。这些方法是比较便宜的方法，也是非常可行的方式，对用户来说成本较低。

刚才说了一句话——高速，我们最大的速度是1毫秒。在我们的程序框架里面，和常规设备还是不一样的。

我们的核心部分是以数据为中心，我们控制整个界面是一起去做，和整个核心部分高速核电子负载和下面设备的控制器进行通讯，保障高速能够在数据系统记录下来，并提供给各个专家和老师进行分析。