Испытание батареи водородных топливных элементов: Поляризационные кривые, Загрузка после & Деградация

Почему тестирование топливных элементов — это другая дисциплина, чем тестирование аккумуляторов или двигателей

Силовые агрегаты на водородных топливных элементах становятся дополнением к аккумуляторно-электрическим трансмиссиям для тяжелых грузовиков., автобусы, морские суда, и приложения, где быстрая дозаправка и увеличенный запас хода перевешивают вес аккумулятора.. Но батарея топливных элементов – это не просто “другая батарея” с точки зрения испытаний — это электрохимический реактор с подачей газа, управление водой/тепловым режимом, и механизмы деградации, с которыми не справляются испытательные стенды для аккумуляторов или двигателей..

Что отличает тестирование батарей топливных элементов

• Подача газа-реагента и безопасность: Испытательному стенду необходим контролируемый водород и воздух. (или кислород) подача с потоком, давление, и регулирование влажности, плюс водородные системы безопасности (обнаружение утечек, удалять, вентиляция) которые не имеют аналогов в инфраструктуре тестирования двигателей или аккумуляторов
• Муфта управления водой и температурой: Производительность топливных элементов тесно связана с гидратацией мембраны — слишком сухая среда снижает проводимость., слишком влажная вода затопляет электроды, поэтому испытательный стенд должен контролировать и контролировать влажность наряду с температурой., не только температура
• Следование нагрузке и переходный процесс: Репрезентативные рабочие циклы транспортных средств требуют, чтобы стек следовал за быстрыми изменениями нагрузки. (ускорение, поглощение регенерации через буфер гибридной батареи) избегая при этом топливного голодания, режим электрохимического отказа, не имеющий аналогов для испытаний двигателей
• Характеристика деградации в течение длительного времени: Деградация мембраны и катализатора накапливается в течение тысяч часов., проведение длительных испытаний на выносливость с периодической характеристикой производительности (а не одно приемочное испытание) центральное место в проверке топливных элементов

Основные объекты испытаний для батарей топливных элементов

1. Поляризационная кривая (IV-кривая) Характеристика

Фундаментальный тест производительности топливных элементов — измерение потребляемого тока и измерение напряжения батареи — устанавливает кривую поляризации, которая определяет доступную мощность и эффективность во всем рабочем диапазоне., периодически повторяется в течение жизни, чтобы отслеживать деградацию.

Ключевые показатели: Напряжение против. плотность тока, Плотность мощности при номинальном и пиковом токе, удельное сопротивление по площади.

2. Переходный процесс после нагрузки

Стенд применяет быстрые ступенчатые изменения тока, отражающие потребность автомобиля в ускорении/замедлении., проверка стека (и управление подачей воздуха/водорода) реагирует без падения напряжения или нехватки топлива, что является критической проблемой безопасности и долговечности, поскольку случаи голодания ускоряют деградацию катализатора..

Ключевые показатели: Время реакции напряжения на ступень нагрузки, минимальное напряжение во время переходного процесса, возникновение скачков напряжения, указывающих на голодание.

3. Тестирование влажности и водного баланса

Эксплуатация установки в диапазоне влажности входного газа и условий стехиометрии с одновременным контролем производительности и (где оборудовано) внутреннее сопротивление определяет рабочее окно, которое позволяет избежать как высыхания мембраны, так и затопления электрода..

Ключевые показатели: Стабильность производительности в диапазоне влажности, высокочастотное сопротивление (индикатор гидратации мембраны) против. рабочее состояние.

4. Тестирование холодного старта

Холодный запуск при минусовой температуре — хорошо известная проблема с топливными элементами: остаточная вода может замерзнуть и заблокировать газовые каналы.. Стенд характеризует время запуска и вероятность успеха в условиях холодного выдерживания, типичных для климата целевого применения..

Ключевые показатели: Время достижения номинальной мощности при холодном запуске, процент успешных запусков при целевой минимальной температуре.

5. Длительное тестирование на деградацию

Расширенная операция (тысячи часов) относительно репрезентативного рабочего цикла, с периодической переоценкой поляризационной кривой, отслеживает скорость снижения напряжения — основной показатель, используемый для прогнозирования срока службы стека в зависимости от требований целевого приложения в часах или пробеге..

Ключевые показатели: Скорость снижения напряжения (мкВ/час или за цикл), прогнозируемое количество часов до порогового значения напряжения в конце срока службы.

Что это означает для выбора испытательного стенда

Программа испытаний топливных элементов нуждается в инфраструктуре обработки газа (подача водорода, увлажнение, системы безопасности) что обычный испытательный стенд для двигателей или аккумуляторов не включает в себя, наряду с тем же сильноточным, возможность быстрой реакции на электрическую нагрузку, используемая при тестировании двигателей и аккумуляторов, поскольку выход постоянного тока стека в конечном итоге необходимо проверять на основе реалистичных профилей потребления тока, как в случае с аккумуляторной батареей.. Объекты, проверяющие батареи топливных элементов рядом с двигателями, инверторы, или батареи выигрывают от совместного использования рабочего цикла и инфраструктуры управления между различными типами устройств..

Если ваша команда разрабатывает возможности тестирования батарей топливных элементов наряду с двигателем, инвертор, или тестирование батареи, поговорите с нашей командой инженеров о настройке программы испытаний для всей вашей трансмиссии.