鉅大LARGE | 點(diǎn)擊量:1143次 | 2020年03月25日
揭露國內(nèi)燃料動力電池堆及系統(tǒng)產(chǎn)品參數(shù)的真實(shí)意義
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,前兩者關(guān)于燃料動力電池堆和系統(tǒng)皆適用,單位一般為kW/L、kW/kg,面積比功率一般應(yīng)用于燃料動力電池膜電極。功率密度針對燃料動力電池堆使用場合較多,含義為燃料動力電池堆的峰值功率除以燃料動力電池堆的體積(或質(zhì)量)。
由于燃料動力電池堆體積(或質(zhì)量)含義差別較大,通常燃料動力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ElringklingerAG為例,其新一代NM5燃料動力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:動力鋰電池為儲能裝置,燃料動力電池為電化學(xué)發(fā)電站并非儲能裝置。因此,動力鋰電池和燃料動力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(IngressProtection)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)燃料動力電池系統(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(gè)數(shù)字組成,第一個(gè)數(shù)字表示電器防塵、防止外物侵入的等級;第二個(gè)數(shù)字表示電器防濕氣、防水浸入的密閉程度。兩個(gè)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(gè)數(shù)字最高為6,表示完全防止外物及灰塵浸入,第二個(gè)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:關(guān)于國內(nèi)燃料動力電池系統(tǒng)供應(yīng)商普遍標(biāo)注的防護(hù)等級IP67,其中第二個(gè)數(shù)字7表示在深達(dá)1米的水中防30分鐘的浸泡影響,燃料動力電池干貨團(tuán)隊(duì)通過調(diào)研,發(fā)現(xiàn)尚無任何有關(guān)國內(nèi)燃料動力電池系統(tǒng)產(chǎn)品的防塵防濕報(bào)道和實(shí)驗(yàn),對這一標(biāo)注存疑。
3、低溫啟動
低溫啟動(ColdStart)又稱冷啟動或低溫環(huán)境適應(yīng)能力(國內(nèi)有標(biāo)注:運(yùn)行環(huán)境溫度、工作環(huán)境溫度),表示燃料動力電池從低于0℃以下的外界環(huán)境中啟動的過程。燃料動力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(shí)間等。
根據(jù)GB/T33979-2017《質(zhì)子交換膜燃料動力電池發(fā)電系統(tǒng)低溫特性測試方法》中含義,低溫啟動過程為燃料動力電池系統(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(bào)告,低溫啟動過程為燃料動力電池系統(tǒng)從0℃以下的冷態(tài)達(dá)到輸出額定功率50%的過程。據(jù)燃料動力電池干貨調(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。燃料動力電池干貨團(tuán)隊(duì)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(shí)刻(早上)環(huán)境溫度較高(對應(yīng)啟動溫度)。
注:國際上公布燃料動力電池低溫啟動詳細(xì)過程的為豐田Mirai燃料動力電池汽車,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,表征燃料動力電池抵抗自身和自然環(huán)境雙重因素長期破壞用途的能力,燃料動力電池壽命要達(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的燃料動力電池堆和系統(tǒng)耐久性目標(biāo)為5000小時(shí),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)也公布了適用于燃料動力電池核心組件MEA的耐久性測試標(biāo)準(zhǔn),日本NEDO也推出了有關(guān)燃料動力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)目前尚無燃料動力電池零部件及其系統(tǒng)耐久性的國家測試標(biāo)準(zhǔn)。據(jù)燃料動力電池干貨公眾號調(diào)研到,目前由全國燃料動力電池及液流電池標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會歸口上報(bào)并執(zhí)行的國家標(biāo)準(zhǔn)計(jì)劃《車用質(zhì)子交換膜燃料動力電池發(fā)電系統(tǒng)耐久性測試方法》已于2018年一月九日下達(dá),項(xiàng)目周期2年,預(yù)計(jì)2020年正式公布。在國內(nèi)尚無標(biāo)準(zhǔn)前提下,尚無從得知相關(guān)公司公布耐久性或壽命有無參考相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。
此外,燃料動力電池干貨公眾號獨(dú)家獲悉,由清華大學(xué)裴普成教授等人制定的質(zhì)子交換膜燃料動力電池堆壽命測評國家標(biāo)準(zhǔn)預(yù)計(jì)明年公布設(shè)施,壽命加速測試可能達(dá)400小時(shí)(通過模擬真實(shí)衰減過程的加速老化測試可以降低時(shí)間和成本)。
注:豐田燃料動力電池車Mirai研發(fā)負(fù)責(zé)人曾表示,燃料動力電池使用壽命要參考使用頻率和環(huán)境等因素,保守估計(jì)Mirai的燃料動力電池使用15年衰減15%左右。國內(nèi)鮮有燃料動力電池使用壽命的報(bào)道,媒體報(bào)道通常采用**電堆耐久性突破5000小時(shí)的頭條。