本期專家：

Qiushi博世智能制造解決方案事業部（BMG）技術專家

負責氫能裝備的新產品開發和產品管理工作以及技術型銷售工作

在燃料電池系統中，電堆是將氫氣和空氣中的氧氣通過電化學反應實現發電功能的關鍵元件，也是成本占比最高的元件，其性能很大程度決定了燃料電池系統的性能。

電堆測試臺作為測量電堆性能的設備，無論是在電堆研發階段還是量產（下線檢測）階段均扮演著重要的作用。

電堆測試面臨著怎樣的行業痛點呢？

通常我們都希望測試臺能夠真實的模擬電堆在燃料電池系統內的實際運行情況 ，但目前測試臺主要用于穩態工況的測試，無法反應動態過程中電堆的工作性能。為什么呢？

在電堆測試時，測試臺需要準確控制進入電堆氣體（氫氣、空氣）的流量、溫度、濕度、壓力等變量，用于電堆的性能評價。且測試臺調整的工藝變量范圍更廣、控制精度更高，導致測試臺的結構與燃料電池系統完全不同。

這也就導致了測試臺的管路容積龐大，通常是發動機系統的幾十倍，在這種情況下想要模擬發動機的動態工況是非常困難的。因此，縮小管路容積是拉近測試臺與發動機系統差距的關鍵步驟。

在這些被控變量中，氣體的濕度控制是其中一個非常重要的工藝，同時也是影響管路容積的最主要的因素。電堆測試臺的兩種主流的加濕工藝：加濕罐方案和蒸汽加濕方案。

從原理上分析，氣體加濕可以分兩步，第一步是液態水吸熱生成氣態水，第二步是氣態水與干氣的混合。在加濕罐方案中的氣態水的生成和與干氣的混合都是在罐內完成的，而蒸汽加濕方案是把氣態水的生成和混合兩步分離，蒸汽發生器用于產生氣態水，然后在電堆入口前進行氣態水與干氣的混合來完成氣體加濕。博世智能制造解決方案事業部（BMG-3CN）選用的是蒸汽加濕工藝路線，這也是我們后續方案的基礎。

模塊化

得益于蒸汽加濕方案的兩步分離的優勢，蒸汽混合管替代了罐內容積龐大的加濕罐。同時，對陰陽極兩路氣體管路做了進一步調整，分別將影響氣體流量、溫度、濕度控制的關鍵元器件和影響壓力控制的元器件集成到了兩個獨立模塊中，陰、陽極的四個獨立模塊可靈活擺放在測試倉內的電堆旁。

高動態性能

采用模塊化設計后，測試臺的陰陽極氣腔體容積被極大程度的縮小，以150kW為例子，陰陽極氣腔容積分別低至約15L和5L，小于相同功率等級加濕罐方案的1/10，約為燃料電池系統管路容積的2倍左右，可以為電堆提供與燃料電池系統更接近的工藝變量調節速度。

容積縮小最直接的獲益就是壓力調節速率的提升，我們可以從圖中看到，在5%的最大流量下，壓力調節速率依然可以大于50kPa/S。

同時，采用蒸汽加濕的工藝路線，露點調節同樣具備優異的動態性能。

高動態的工藝變量調節速度，還可以用于快速活化工藝的開發，提高量產階段的生產效率。

模塊換型

有了模塊化的基礎，我們還可以為客戶提供更多的靈活性。比如，通過模塊換型實現更寬功率段的兼容，圖中展示了一個的300kW電堆測試臺更換10kW模塊后就可以兼容10kW電堆測試需求的示例。這部分換型模塊僅需要花費10kW測試臺約30%的成本。幫助客戶實現分期投資，緩解了財務壓力。

尺寸縮小

通過模塊化的設計同時幫助我們縮小了設備尺寸，以300kW測試臺為例，設備長度被縮短了1m。在未來電堆大規模量產，多臺測試臺同時工作時，還可以采用蒸汽集中供氣的方案，將站內的蒸汽發生器從設備內移除，設備總長還可以再縮短1m。

相較于市面上主流的測試臺，模塊化的高動態電堆測試臺在長度方面縮減了將近30%，為客戶節約了甲類廠房測試間的使用面積。

審核編輯：彭菁