与传统内燃机相似,整车的功率需求、寿命、空间尺寸、成本等是燃料电池电堆的初始设计输入。燃料电池电堆的设计及改进方向,目前就是向传统内燃机看齐,力争在各方面缩小与内燃机的差距,进而突破阻碍其推广应用的掣肘。针对不同的车型及工况需求,燃料电池的电堆设计存在些许差异。如DOE预计,2025年,重型车将由3 个电堆并联组成391 kW 的燃料电池系统,中型车由2 个电堆并联组成202 kW 的系统。结合美国、欧洲、日本、韩国以及中国的燃料电池相关规划中的内容,针对商用车燃料电池电堆的设计目标。基于整车对电堆的实际使用需求,结合空气供给系统中空压机、燃料供给系统中氢气循环泵、冷却系统中散热器、电控系统中DC/DC 等关键部件的性能参数,考虑与拟开发电堆的匹配性后,即可基本锁定燃料电池电堆的边界设计条件。燃料电池测试装备普遍的应用范围及市场前景。燃料电池测试装备咨询
燃料电池测试包括开发测试、耐久测试和产品定型的性能测试。在不同的设计阶段,为了不同的验证目的,电堆的测试也分阶段进行,包括单电池、短堆和整堆3个部分的验证,验证包括气体分布测试、应力分布验证、性能、加速老化、可靠性、振动、冷热冲击和冷启动。电堆产品之后的设计性能是否满足要求,是在工程阶段按照工艺规范将样件组装成全尺寸电堆后,按照相关标准进行测试后确定。目前,中国已经颁布了相应的燃料电池测试标准,其中部分标准得到了国际组织的应用和采纳。已经发布和正在制订、修订中的标准如下,其中涵盖了电堆的多项测试要求。北京燃料电池发动机热管理子系统测试台收费燃料电池测试装备的使用需遵循规定标准及安全操作程序,确保人身、设备和环境的安全。
百千瓦级燃料电池电堆测试台性能优势明显,在反应气体压力、温度、湿度、流量方面,实现了流量可控、精确度高以及在线可调。以气体流量控制为例,此台新交付的设备氢气流量范围控制在20-2000slpm,空气流量范围在60-6000slpm,在流量精度方面控制在±0.8%RD+0.2%FS,并且10%-90%FS的响应时间控制在3秒以内。设备配备了高规格电子负载及用电压巡检仪,使输出的电压、电流范围更为宽泛,具备CV、CC、CP等多种运行模式,满足系统各种测试需求。设备可实现:气密性试验、氢气泄漏量试验、许可工作压力试验、过压试验等数十项安全性测试;以及电堆活化试验、模块运行试验、持续和短时电功率试验、不同条件下的极化曲线试验等一系列的性能测试,累计检测项目高达40余项,能够为客户的电堆研发和生产提供全方面的测试验证及出厂检验。
电堆的体积优化可以从结构设计和优化材料等方面展开。仿真和实验结果表明,长条形的电堆更有利于实现压力的均匀分布,增大长宽比也有助于减小电流密度的趋肤效应作用。减小封装力矩可以减小承压端板的厚度进而降低电堆长度。在考虑气体、液体均匀分配的基础上,通过长进气口有利于达到更好的气体均一性。降低体积较为有效的方式即采用更薄的双极板,实现电堆整体长度的降低。通过密封件和膜电极的结构设计,实现更紧凑的结构,也可以降低整体体积。电堆封装现采用的方式包括螺栓紧固式、绑带捆扎式。螺栓紧固式是较早采用的方式,其装配简单,设计要点为螺栓数量、分布、预紧力的大小以及螺栓预紧力的次序。绑带紧固的优势在于结构紧凑,可实现相对高的功率密度。其设计要点包括绑带材料、绑带宽度和厚度、绑带分布数量和位置。燃料电池测试装备的安全保障措施包括电气安全、机械安全、防爆安全等多个方面,需确保测试过程中的安全性。
对于燃料电池,对于每种方法,正在研究使用氢,化石燃料等作为氢原料。当使用氢气直接化石燃料和重整通过取出利用氢。已经主要根据所使用的电解质的类型研究了四种类型的燃料电池。碱性电解质燃料电池(AFC)是常规方法,并且被认为在将来用途有限。生物燃料电池与其他系统完全不同,并且有很多不清楚的地方。高分子电解质燃料电池(PE(M)FC、高分子电解质(膜)燃料电池)通过正离子交换膜将氧化剂供给至正极,将还原物质(燃料)供给至负极。发电。当诸如Nafion的质子交换膜用作离子交换膜时,它也被称为质子交换膜燃料电池(PEMFC)。启动速度快,工作温度低至80-100°C。在使用氢作为燃料的情况下,昂贵的铂被用作催化剂,并且如果燃料中存在一氧化碳,则催化剂中的铂会劣化。发电效率约为30-40%,在燃料电池中相对较低。燃料电池测试装备的使用需要具备一定的专业知识和技能。江苏燃料电池电堆测试台厂商
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燃料电池电堆生产制造包括膜电极和双极板制备、密封及组装过程和下线检测。考虑到关键部件和电堆的工艺技术要求严格,综合一致性要求高,作为产品级的电堆生产制备,必须采用的设备。在燃料电池电堆量产阶段,为了保证产品的可靠性、一致性和可溯源性,相关的材料、部件等检测、记录手段在电堆制造装配过程中是必不可少的,如热成像、CCD 成像、光学成像、红外光谱;用于质子交换膜、气体扩散层、膜电极的缺陷检查如小洞、刮擦、平面不平整度、催化剂团聚;高效智能传感器用于电堆装配中接触压力分布的实时精密测量记录;数字化互联系统用于电堆制造全生命周期的数据采集、记录和汇总。燃料电池测试装备咨询
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