新能源汽車以其節(jié)能,、環(huán)保,、高效的概念成為未來汽車發(fā)展的一大方向,。在大眾的視野中,純電動汽車還是一個新興的事物,,而日本,、美國、歐洲的許多汽車廠家已經(jīng)開始?xì)淙剂想姵仄嚨陌l(fā)展規(guī)劃,。在我國,,未來純電動和插電混合動力汽車補(bǔ)貼將大幅退坡,但燃料電池汽車的補(bǔ)貼額度保持不變且高于電動車,。這樣的政策激勵催生了燃料電池汽車的快速崛起,。
圖一、燃料電池電堆(又稱燃料電池發(fā)動機(jī))
氫燃料電池是一種利用直接將儲存在氫氣和氧氣中的化學(xué)能高效,、無污染地轉(zhuǎn)化為電能的發(fā)電裝置,。質(zhì)子交換膜(PEM)燃料電池是繼堿性燃料電池、磷酸燃料電池,、熔融碳酸鹽燃料電池和固體氧化物燃料電池后開發(fā)的第五代燃料電池,,以其低溫運(yùn)行、啟動快,、比功率高,、體積小等優(yōu)勢成為全球燃料電池汽車領(lǐng)域的首選技術(shù)。這也要求PEM燃料電池能夠經(jīng)受住汽車使用中的各種環(huán)境及工況的嚴(yán)苛考驗(yàn),。燃料電池發(fā)電過程中會產(chǎn)生水,,水在低溫環(huán)境下容易發(fā)生凍結(jié),導(dǎo)致電池?zé)o法啟動或運(yùn)行很短時間就被迫停機(jī),,反復(fù)啟動會破壞燃料電池的內(nèi)部結(jié)構(gòu),。以6kW電堆低溫啟動試驗(yàn)為例,經(jīng)過9次低溫啟動后,,由于反復(fù)的冰凍及解凍,,質(zhì)子交換膜上產(chǎn)生了裂紋和穿孔,電堆性能發(fā)生了明顯的衰退,。我國地域遼闊,,0℃以下低溫啟動是燃料電池汽車無法回避的一個重要運(yùn)行工況,所以對PEM燃料電池電堆的啟動方法及輔助啟動手段需要進(jìn)行科學(xué)準(zhǔn)確的測試,,以減小實(shí)際使用中的壽命衰退。
圖二,、電堆極化曲線圖
國標(biāo)GB/T 31035-2014質(zhì)子交換膜燃料電池電堆低溫特性試驗(yàn)方法,,規(guī)定了其低溫(0℃以下)條件下的存儲、啟動、工作性能的試驗(yàn)方法,。在低溫啟動試驗(yàn)中,,主要試驗(yàn)設(shè)備包括直流電源、直流電子負(fù)載,、溫濕度傳感器及燃料和氧化劑的測量設(shè)備,。艾德克斯寬廣的直流電源及直流負(fù)載產(chǎn)品線可以為PEM燃料電池測試試驗(yàn)提供高效高性能的測試設(shè)備。
圖三,、燃料電池電堆低溫啟動實(shí)驗(yàn)裝置
控制直流電源的啟動電流,,以0mA/cm2-1000mA/cm2的電流密度啟動燃料電池電堆,控制氫氣與空氣的輸入,,記錄燃料電池電堆溫度到達(dá)零度的啟動時間與功耗,。電堆啟動后,逐漸加大電堆的輸出功率,,由電子負(fù)載進(jìn)行拉載,,測試由輸出功率為0到怠速狀態(tài)、怠速狀態(tài)到額定功率的時間與功耗,。額定功率運(yùn)行10分鐘后,進(jìn)行關(guān)機(jī)操作,。反復(fù)進(jìn)行低溫啟動試驗(yàn)至至少成功啟動兩次,。對比試驗(yàn)前及試驗(yàn)后的燃料電池電堆的氣體泄漏率,、啟動時間及能耗,、關(guān)機(jī)時間及能耗,、吹掃時間及能耗、外部能量消耗量等參數(shù),,獲得PEM燃料電池的低溫啟動特性。
艾德克斯IT8900系列高性能大功率直流電子負(fù)載,,支持150V/600V/1200V三種電壓范圍,功率可擴(kuò)展至600 kW,特別適用于燃料電池客車及乘用車電堆的測試,。具備超高的電壓和電流分辨率,,最高可達(dá)1mV和1 mA,,同時電壓/電流測量速度最高可達(dá)50Hz,,利用上位機(jī)軟件可進(jìn)行復(fù)雜拉載設(shè)置及長時間數(shù)據(jù)存儲。
艾德克斯IT6500系列寬范圍可編程大功率直流電源可以為不同功率規(guī)格的電堆提供從800W到30kW,以及高達(dá)1000V,、1200A的寬廣輸出范圍,, CC&CV優(yōu)先權(quán)功能實(shí)現(xiàn)快速無過沖的曲線變化,,具有高精速、高可靠性的設(shè)置功能和安全特性,。IT6500C系列直流電源可搭載功率耗散器,,實(shí)現(xiàn)高達(dá)90 kW的一體化負(fù)載功能,簡化國標(biāo)中雙向控制開關(guān)的接線及控制要求,。
與蓄電池相比,氫燃料電池測試中包括對燃料及氧化劑輸入的控制與輸出功率的聯(lián)動,,以及復(fù)雜的輸出極化曲線的測試,使用艾德克斯直流電源及直流電子負(fù)載,,可形成高速高性能可編程測試方案,能夠簡化工程師的工作,,并具有完善的保護(hù)功能及高可靠性