寧波拜特熊宗保：提高耐久性等于降低燃料電池成本
來源： 勢銀氫電產業聚焦 2021-02-01
1月6日—8日，由勢銀（TrendBank）主辦的“2020勢銀氫能與燃料電池產業年會”在上海虹橋新華聯索菲特大酒店正式舉行。
在本次會上，寧波拜特新能源技術有限公司總經理兼總工程師熊宗保發表題為《PEMFCs燃料電池壽命測試設備》的演講。
熊宗保表示，目前PEMFC燃料電池車輛駕駛工況耐久性，國家要求小車3000小時，商用車5000小時。只有進一步提升PEMFC燃料電池的性能，提高耐久性并降低成本，才有望實現更大規模的商業化。
以下是演講全文：
我今天講的題目是燃料電池的壽命檢測設備。
寧波拜特做燃料電池設備比較早，而寧波拜特新能源是寧波拜特的一個事業部，自去年獨立出來后開始做燃料電池相關測試設備，主要做的測試設備有這么五類：
第一類是燃料電池堆的測試設備，從最小的25千瓦到150千瓦，現在也有在談200千瓦的；
第二類是燃料電池系統測試平臺；
第三類是燃料電池系統BOP測試，包括空壓機、水泵，都是工業化生產后才出現了測試要求；
第四類是固體氧化物的測試平臺，國內的在5千瓦左右，是雙向逆反應測試平臺；
第五類是甲醇的測試平臺。
我先說一下燃料電池壽命測試設備。壽命檢測在燃料電池測試里是一個非常重要的參數，提高耐久性等于降低燃料電池成本，而燃料電池壽命對性能指標而言是一個重要考核。
2020年6月，國家發布燃料電池壽命的評價標準。這個標準只是提供了一個尺度，每家生產堆的廠家都有自己的壽命評測方式。在國家評價標準里面，功率參數要用它的評價方法。
以燃料電池單片電壓衰減10%作為燃料電池的壽命評價方法，有的是200個小時，有的是190個小時。200小時的壽命肯定大于100個小時的壽命，通過推斷的方法算出燃料電池壽命，但這并沒有真正得到燃料電池的壽命，只是得到燃料電池電壓單體衰減了10%，是一個估算方式。
滿堆測試平臺肯定要用100千瓦來進行評測，這時的功率非常大，對燃料電池來說，實際上是電化學產品，我們最后輸出的是電。燃料電池測試平臺首先要為燃料電池提供一個環境，讓它發電，最后評價它的壽命。
首先，測試平臺需要一個流量控制，氫氣的燃料控制、空氣的流量控制等。而為什么要有氮氣，是為了保護，其次是加濕。雖然某些燃料電池對濕度要求不高或不需要加濕，但是測試平臺是面向所有的堆，可能在實際運營中不需要給氫氣加濕或空氣加濕量較小。
通過我們的測試臺架，從而實現完整的電堆工況、氫氣壓力控制、氫氣尾氣處理以及燃料電池堆溫度，對燃料電池良好的工作環境有一定保證。我們通過電池負載，單體電壓來拉載它的工況。
我們的測試臺架是要滿足功率的特性，不對環境做規定，對電堆濕度不做高速響應，它只是滿足電堆的最高功耗，對電堆電壓只需要準確測量，不需要高速測量和長時間測量，10%的衰減，1萬小時可能做幾百個小時的測試。
我們最后要分析，作為電堆廠家還是要對燃料電池堆壽命做一個測試說明，真正跑1萬個小時，最好是用短堆。
而要求真正電堆的分析壽命相關技術和相關方法，這對我們的測試臺架就是另外的要求，這樣的要求要在10千瓦以下做長時間考核，還要配電堆環境倉，因為它是作為分析用的，分析在各個溫度下的電堆內部狀況。
陰陽極濕度要快速變化，我們人體的感應電堆在實際運行過程中，環境濕度是不會快速變化的，但是在一些加速測試中，會故意讓濕度快速變化，從而看電堆能不能適應快速反應，反過來分析燃料電池內部的水熱管理，也可通過這種方式來縮短測試時間，找到推算方法。
燃料電池的特性不是通過其他方式來展現，而是通過電的方式展現。我們只有通過電來分析燃料電池存在的問題，這個問題首先是要有一個電池負載、EIS，或電流中斷、或高頻的阻抗。
高端測試有這三個方法，如果用戶預算有限，最簡單的就是電流中斷還有高速測試，普通測試不需要高速，因為是一個10%的衰減率，不是分析電堆壽命的相關因素。在濕度快速變化時，單體特性到底是什么，在0.1秒切斷時，希望你能夠看到單體的所有特性，而所有的特性肯定是要高速測量。
關于電堆的環境倉，首先是低溫啟動，我們通過環境倉可實現燃料電池堆的低溫啟動，有兩種啟動方式——可模擬電堆自啟動和輔助自啟動，你可自動調配，方便用戶在冷啟動研究過程中和系統特性的時候自動匹配參數，從而反過來分析燃料電池在自啟動過程中存在的問題。
剛才講到了電堆的濕度變化對燃料電池非常重要，燃料電池的水熱平衡是很重要的因素。需要有一個電動的濕度快速變化，來反應燃料電池內部的水熱平衡狀態，通過其它分析燃料電池內部的一些特性。
我們原來不太理解濕度為什么要快速變化，濕度變化是為了加速設施使用，而有的是故意為之，用來分析燃料電池內部的水熱平衡狀態。
我們的控制方式是通過一路干氣和一路飽和濕氣配比來實現各種氣體的相對濕度。一個是專門達到100%規定的漏點。比如說80度，我們在氣體的增濕部分要控制在60度，只要氣體一進去，就是在80%左右的漏點情況下的相應濕度，上面的是干氣，空氣過來大概是在40%以下，過來以后通過流量控制來控制干濕氣的配比，最后通過濕度傳感器。
因為干濕氣配比可直接算出來，要達到多少的相對濕度就是送多少干氣和送多少濕氣，因為流量計的響應速度在1秒鐘左右，濕度的響應速度是可以做到的。
我們的濕度傳感器一般的響應速度是6s。對于測量來說，最重要的一條是EIS頻譜，范圍為10mHz-20KHz，測試交流電流可在直流電流的0.1-10%的范圍內設定，在維持交流電流設定值的同時改變直流的負載電流。
最簡單的方式是普通電子負載。我們在10千瓦里面采用的大量線性負載，它的響應特性是微秒級的，停止和關段的時間很短，我們通過0.1秒的分析快速剝離電堆的阻抗。這些方法是比較便宜的方法，也是非常可行的方式，對用戶來說成本較低。
剛才說了一句話——高速，我們最大的速度是1毫秒。在我們的程序框架里面，和常規設備還是不一樣的。
我們的核心部分是以數據為中心，我們控制整個界面是一起去做，和整個核心部分高速核電子負載和下面設備的控制器進行通訊，保障高速能夠在數據系統記錄下來，并提供給各個專家和老師進行分析。
