燃料電池測試設備的主要功能

　　燃料電池內(nèi)部存在復雜而又相互耦合的熱傳遞和電化學反應過程，這些過程受到燃料電池組件材料、結構、運行參數(shù)、載荷變化等多方面因素的影響，這些因素的變化都會影響燃料電池的輸出性能。因此，在燃料電池設計開發(fā)過程中，需要燃料電池測試設備對燃料電池性能進行反復測試，尋找最優(yōu)的控制參數(shù)，測試參數(shù)敏感性等等，以便于優(yōu)化設計和材料。以及在生產(chǎn)過程中，測試驗證生產(chǎn)一致性等。

　　因此，不管是科研、開發(fā)還是生產(chǎn)，燃料電池測試設備對于燃料電池領域都是不可缺少的工具。

　　燃料電池測試設備的分類根據(jù)測試設備的運行級別，可以將燃料電池相關測試設備可分為三類：

　　單電池測試設備或電堆測試設備這種測試設備實質上替代了BOP組件（Balance-of-Plant）在燃料電池運行過程中的作用，最大限度地為單電池或電堆創(chuàng)造良好的定義和控制條件，為研究燃料電池的最佳運行參數(shù)提供測試環(huán)境。

　　2.  燃料電池系統(tǒng)測試設備

　　對整個燃料電池系統(tǒng)進行測試主要是考究燃料電池系統(tǒng)所采用的控制系統(tǒng)和控制策略。它通常具有各種傳感器來監(jiān)測系統(tǒng)的狀態(tài)，測試燃料電池系統(tǒng)的整體性能。由于燃料電池系統(tǒng)中已經(jīng)集成了BOP組件，因此，燃料電池系統(tǒng)測試設備在復雜度方面要比電堆測試設備要簡單很多。

　　3. BOP測試設備

　　在整個燃料電池系統(tǒng)中，BOP組件的性能、功耗與可靠耐久性對燃料電池系統(tǒng)的性能與耐久性也有很大的影響。BOP測試設備是為BOP組件提供在系統(tǒng)場景下的運行環(huán)境與運行條件，以為燃料電池系統(tǒng)集成與開發(fā)過程中，BOP組件的選型與匹配提供數(shù)據(jù)支撐。同時，為BOP組件的性能優(yōu)化及驗證提供依據(jù)。

　　除此之外，燃料電池測試設備也因具體的氫燃料電池技術而異。PEM燃料電池測試臺又細分多種類型，如低溫PEM和高溫PEM燃料電池測試臺。相比之下，固體氧化物氫燃料電池技術則需要一套與PEM燃料電池截然不同的測試設備。

　　本文重點介紹一下第一類，也就是單電池和電堆測試設備。

　　先進的燃料電池測試設備的關鍵性能指標

　　燃料電池測試設備的性能標準根據(jù)具體的使用場景和測試要求而有所不同。單位小型單電池和大型燃料電池堆具有不同的要求。然而，以下特性可以作為單電池和電堆測試設備的衡量標準：

　　實現(xiàn)燃料電池測試臺的全面集成和自動化，實現(xiàn)無人值守運行；

　　集成報警管理的綜合安全系統(tǒng)

　　處于高濕環(huán)境下的組件由不銹鋼（316L）或聚四氟乙烯（Teflon）制成

　　下面是可以用來比較不同生產(chǎn)廠家的測試設備的一些參考標準：

　　測試設備各部分控制系統(tǒng)的精度

　　設定值的動態(tài)變化特性，尤其對于露點控制和露點變化率的控制非常關鍵

　　測試設備可定制的程度

　　用戶友好的、可定制的用戶界面

　　用到燃料電池測試設備的環(huán)節(jié)：

　　一般來說，燃料電池測試設備在研發(fā)和生產(chǎn)中均要用到，特別是下線測試。

　　膜電極組件（MEA）采用小型的單電池測試設備進行材料的開發(fā)。電堆測試設備可用于電堆開發(fā)（雙極板設計、流道幾何形狀等）期間驗證特定的電堆設計，用于測試操作極限或長期耐久性，或者在生產(chǎn)過程中對每個單獨制造的電堆進行基準測試。

　　燃料電池測試設備的組成部件及功能：

　　一個典型的燃料電池測試設備包括：

　　1）氣體調(diào)節(jié)模塊

　　氣體進氣口：連接測試設備與實驗室供氣管路

　　質量流量控制器：控制氣體流量

　　加濕系統(tǒng)：控制氣流的濕度

　　氣體加熱系統(tǒng)：控制氣流的溫度

　　背壓調(diào)節(jié)器：控制電池/電堆工作時的壓力

　　氣水分離器：分離出液態(tài)水

　　2）液冷系統(tǒng)（如適用）

　　使用熱交換器與實驗室冷卻水進行熱交換，控制電池/電堆的溫度

　　3）帶EIS的單子負載或恒電位儀

　　將電連接到電池/電堆終端，并提供表征技術

　　質量保證

　　測試設備本身必須經(jīng)過基準化、標準化和校準，以提供可靠和一致的結果。在燃料電池測試設備投入使用之前需要進行調(diào)試，測試每個特定部分、特定環(huán)節(jié)以及控制器的功能等。同時，使用過程中的定期檢查也是必要的。具體來說，需要定期檢查測試設備尤其是加壓氣體管路的氣密性。

　　燃料電池測試規(guī)程及標準

　　目前，燃料電池測試規(guī)程及測試標準因燃料電池類型和技術應用而異，目前國內(nèi)外相關的測試標準和測試方法已有不少，如：

　　EUHarmonizedTestProtocolforPEMMEA

　　DOECellComponentAcceleratedStressTest

　　單電池和電堆測試的異同點：

　　在燃料電池測試設備中，氣體調(diào)節(jié)模塊和冷卻回路的規(guī)格尺寸是根據(jù)被測樣品的最大功率來確定的，因為這決定了氣體的消耗和熱量的產(chǎn)生。對于燃料電池測試設備來說，被測樣品是大面積的單電池還是小面積的電堆并不重要。主要標準是這些是否具有相匹配的最大功率輸出。然而，必須為特定配置選擇電子負載或恒電位儀，因為其最大電壓和電流決定了能否對潛在的被測樣品進行測試。

　　燃料電池測試時長

　　一個測試的持續(xù)時間可以從幾分鐘到幾個月不等，具體的測試時長取決于具體的用例。