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(dòng)汽車還是一個(gè)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(dòng)和插電混合動(dòng)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(dòng)車。這樣的政策激勵(lì)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(dòng)機(jī)）
氫燃料電池是一種利用直接將儲(chǔ)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(dòng)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(huì)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(dòng)或運(yùn)行很短時(shí)間就被迫停機(jī)，反復(fù)啟動(dòng)會(huì)破壞燃料電池的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。以6kW電堆低溫啟動(dòng)試驗(yàn)為例，經(jīng)過9次低溫啟動(dòng)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(dòng)是燃料電池汽車無法回避的一個(gè)重要運(yùn)行工況，所以對(duì)PEM燃料電池電堆的啟動(dòng)方法及輔助啟動(dòng)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(chǔ)、啟動(dòng)、工作性能的試驗(yàn)方法。在低溫啟動(dòng)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(dòng)實(shí)驗(yàn)裝置
控制直流電源的啟動(dòng)電流，以0mA/cm2-1000mA/cm2的電流密度啟動(dòng)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(dòng)時(shí)間與功耗。電堆啟動(dòng)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(shí)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(dòng)試驗(yàn)至至少成功啟動(dòng)兩次。對(duì)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(dòng)時(shí)間及能耗、關(guān)機(jī)時(shí)間及能耗、吹掃時(shí)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(dòng)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(shí)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(shí)間數(shù)據(jù)存儲(chǔ)。
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(duì)燃料及氧化劑輸入的控制與輸出功率的聯(lián)動(dòng)，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
