揭露國內(nèi)燃料電池堆及系統(tǒng)產(chǎn)品參數(shù)的真實意義
時間:2019-07-25 09:54來源:燃料電池干貨 作者:綜合報道
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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(hù)等級
IP(Ingress Protection)防護(hù)等級系統(tǒng)是國際電工委員會起草，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(hù)等級 IP67”的說明。IP防護(hù)等級由兩個數(shù)字組成，第一個數(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(hù)等級越高。
某產(chǎn)品防護(hù)等級標(biāo)注
IP防護(hù)等級系統(tǒng)中，第一個數(shù)字最高為6，表示“完全防止外物及灰塵浸入”，第二個數(shù)字最高為8，表示“在深度超過1米的水中防持續(xù)浸泡影響且準(zhǔn)確的條件由制造商針對各設(shè)備指定”。
注：對于國內(nèi)燃料電池系統(tǒng)供應(yīng)商普遍標(biāo)注的“防護(hù)等級 IP67”，其中第二個數(shù)字7表示“在深達(dá)1米的水中防30分鐘的浸泡影響”，“燃料電池干貨”團(tuán)隊通過調(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(biāo)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(biāo)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(biāo)有啟動最低溫度、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(dá)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(dá)到輸出額定功率50%的過程。據(jù)“燃料電池干貨”調(diào)研，目前豐田和現(xiàn)代汽車公司在低溫啟動指標(biāo)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、最低工作溫度、最低存儲溫度等，并且通常最低存儲溫度低于最低啟動溫度。“燃料電池干貨”團(tuán)隊認(rèn)為最低存儲溫度和最低啟動溫度并非國際主流標(biāo)注行為�；蛟S可以這樣認(rèn)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：國際上公布燃料電池低溫啟動詳細(xì)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(dá)到輸出額定功率60%和100%(環(huán)境最低溫度低于-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(dá)到5000h才能滿足車用動力系統(tǒng)要求。
美國DOE最新技術(shù)指標(biāo)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(biāo)為5000小時，規(guī)定在工作溫度不低于80℃和指定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(biāo)準(zhǔn)，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(biāo)準(zhǔn)。
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(biāo)準(zhǔn)。據(jù)“燃料電池干貨”公眾號調(diào)研到，目前由全國燃料電池及液流電池標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會歸口上報并執(zhí)行的國家標(biāo)準(zhǔn)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(dá)，項目周期2年，預(yù)計2020年正式發(fā)布。在國內(nèi)尚無標(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)。
此外，“燃料電池干貨”公眾號獨家獲悉，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(biāo)準(zhǔn)預(yù)計明年發(fā)布設(shè)施，壽命加速測試可能達(dá)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(fù)責(zé)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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