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國內(nèi)燃料電池堆及系統(tǒng)產(chǎn)品參數(shù)的真實意義

更新時間:2020-03-09點擊次數(shù):2109

(1)功率密度

功率密度分體積功率密度、質(zhì)量功率密度和面積比功率等,前兩者對于燃料電池堆和系統(tǒng)皆適用,單位一般為kW/L、kW/kg,面積比功率一般應(yīng)用于燃料電池膜電極。功率密度針對燃料電池堆使用場合較多,定義為燃料電池堆的峰值功率除以燃料電池堆的體積(或質(zhì)量)。

由于燃料電池堆體積(或質(zhì)量)定義差別較大,通常燃料電池堆功率密度可分為四層級別,分別為:活性面積層、電池組層、端板層和外殼層。以德國Elringklinger AG為例,其新一代NM5燃料電池堆的活性面積層級功率密度為8.1kW/L,電池組層級功率密度為4.6kW/L,端板層級功率密度為4kW/L。

注:動力電池為儲能裝置,燃料電池為電化學(xué)發(fā)電站并非儲能裝置。因此,動力電池和燃料電池通常分別采用能量密度和功率密度來體現(xiàn)其動力特性。

(2)防護等級

IP(Ingress Protection)防護等級系統(tǒng)是電工委員會起草,將電器依其防塵防濕之特性加以分類。通常,在國內(nèi)燃料電池系統(tǒng)產(chǎn)品參數(shù)里可以看到“防護等級 IP67”的說明。IP防護等級由兩個數(shù)字組成,第yi個數(shù)字表示電器防塵、防止外物侵入的等級;第二個數(shù)字表示電器防濕氣、防水浸入的密閉程度。兩個數(shù)字越大,表示防護等級越高。

某產(chǎn)品防護等級標注

IP防護等級系統(tǒng)中,第yi個數(shù)字gao6,表示“*防止外物及灰塵浸入”,第二個數(shù)字gao8,表示“在深度超過1米的水中防持續(xù)浸泡影響且準確的條件由制造商針對各設(shè)備”。

注:對于國內(nèi)燃料電池系統(tǒng)供應(yīng)商普遍標注的“防護等級 IP67”,其中第二個數(shù)字7表示“在深達1米的水中防30分鐘的浸泡影響”,據(jù)調(diào)研發(fā)現(xiàn),尚無任何有關(guān)國內(nèi)燃料電池系統(tǒng)產(chǎn)品的防塵防濕報道和實驗,對這一標注存疑。

(3)低溫啟動

低溫啟動(Cold Start)又稱冷啟動或低溫環(huán)境適應(yīng)能力(國內(nèi)有標注:運行環(huán)境溫度、工作環(huán)境溫度),表示燃料電池從低于0℃以下的外界環(huán)境中啟動的過程。燃料電池低溫啟動能力的衡量指標有啟動zui低溫度、啟動過程耗能和啟動時間等。

根據(jù)GB/T 33979-2017《質(zhì)子交換膜燃料電池發(fā)電系統(tǒng)低溫特性測試方法》中定義,低溫啟動過程為燃料電池系統(tǒng)從0℃以下的冷態(tài)達到輸出額定功率90%的過程。根據(jù)美國DOE技術(shù)報告,低溫啟動過程為燃料電池系統(tǒng)從0℃以下的冷態(tài)達到輸出額定功率50%的過程。目前豐田和現(xiàn)代汽車公司在低溫啟動指標方面排名靠前。

國內(nèi)針對低溫啟動使用普遍較多的是工作溫度區(qū)間、環(huán)境溫度區(qū)間、zui低工作溫度、zui低存儲溫度等,并且通常zui低存儲溫度低于zui低啟動溫度。『燃料電池干貨』團隊認zui低存儲溫度和zui低啟動溫度并非主流標注行為?;蛟S可以這樣認為,以一次夜間低溫存儲和啟動過程來說,夜間環(huán)境溫度較低(對應(yīng)存儲溫度),啟動時刻(早上)環(huán)境溫度較高(對應(yīng)啟動溫度)。

注:上公布燃料電池低溫啟動詳細過程的為豐田Mirai燃料電池汽車,其曾經(jīng)在加拿大黃刀鎮(zhèn)(Yellowknife)測出在35s和70s分別達到輸出額定功率60%和100%(環(huán)境zui低溫度低于-30℃)。

(4)耐久性

耐久性(durability)又稱壽命,表征燃料電池抵抗自身和自然環(huán)境雙重因素長期破壞作用的能力,燃料電池壽命需要達到5000h才能滿足車用動力系統(tǒng)要求。

美國DOExin技術(shù)指標中提出到2020年凈功率80kW的燃料電池堆和系統(tǒng)耐久性目標為5000小時,規(guī)定在工作溫度不低于80℃和耐久性測試工況下額定功率衰減不大于10%。此外,歐盟聯(lián)合研究中心(JRC)也發(fā)布了適用于燃料電池核心組件MEA的耐久性測試標準,日本NEDO也推出了關(guān)于燃料電池膜電極和電堆產(chǎn)品耐久性的測試標準。

DOE耐久性測試工況

國內(nèi)目前尚無燃料電池零部件及其系統(tǒng)耐久性的國家測試標準。據(jù)調(diào)研,目前由全國燃料電池及液流電池標準化技術(shù)委員會歸口上報并執(zhí)行的國家標準計劃《車用質(zhì)子交換膜燃料電池發(fā)電系統(tǒng)耐久性測試方法》已于2018年1月9日下達,項目周期2年,預(yù)計2020年正式發(fā)布。在國內(nèi)尚無標準前提下,尚無從得知相關(guān)企業(yè)發(fā)布耐久性或壽命有無參考相關(guān)標準。

此外,據(jù)悉,由清華大學(xué)裴普成教授等人制定的質(zhì)子交換膜燃料電池堆壽命測評國家標準預(yù)計明年發(fā)布設(shè)施,壽命加速測試可能達400小時(通過模擬真實衰減過程的加速老化測試可以降低時間和成本)。

注:豐田燃料電池車Mirai研發(fā)負責人曾表示,燃料電池使用壽命需要參考使用頻率和環(huán)境等因素,保守估計Mirai的燃料電池使用15年衰減15%左右。國內(nèi)鮮有燃料電池使用壽命的報道,媒體報道通常采用“**電堆耐久性突破5000小時”的頭條。

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