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提升产品寿命、可靠性和诊断能力的有效方法

【摘要】:目前,即使表面活性不佳的单体电池也已满足这个标准,但PEM电堆的寿命则要短得多,仅为1000多小时的量级[BON 08,ESC 05,WAH 08]。就寿命和可靠性而言,提高电池性能和在测试平台上再现其使用条件的研究仍需继续。从系统观点看,主要目标是研究和确保电池处于最佳运行状态,使电池系统级具有更高的效率、更高的系统可靠性和更长的寿命。这需要研发新的实验性诊断方法,以判断系统失效或故障的原因。

燃料电池系统从20世纪90年代发展到今天,其应用范围已扩展到诸如移动式计算、固定式联合电站和车辆等新领域。然而,已有的原理样机存在的主要问题之一是寿命,这也是它们大规模工业化前景不明的主要障碍。电池的寿命显然与使用条件和电堆尺寸有关。其结果是,燃料电池要想在车载应用领域中发展,对于家用轿车必须具备5000h以上的寿命,而对于公共交通则至少需要20000~40000h。目前,即使表面活性不佳的单体电池也已满足这个标准,但PEM电堆的寿命则要短得多,仅为1000多小时的量级[BON 08,ESC 05,WAH 08]

就寿命和可靠性而言,提高电池性能和在测试平台上再现其使用条件的研究仍需继续(比如,与车辆运行时间-速度曲线相关的负载电流动态特性的复现[WAH 08],振动对电池机械性能影响[ROU 08],运行问题和冷启动问题等[BE·G 08])。

从系统观点看,主要目标是研究和确保电池处于最佳运行状态,使电池系统级具有更高的效率、更高的系统可靠性和更长的寿命。基于这种想法,必须评估和修正各种必要的辅助功能环节(反应气调节装置,电力电子逆变器,能量储存单元等)的技术方案,以尽可能地使电池运行于最佳工作环境。当运行条件发生不利变化时,多种失效方式可能会出现在单体电池内部,不过也同样可能会出现在外围部件上。这需要研发新的实验性诊断方法,以判断系统失效或故障的原因。此外,更全面更系统的诊断方法也是必需的,甚至是故障的预测预警方法。