在國家”雙碳“戰(zhàn)略、氫能源發(fā)展規(guī)劃的推動下，氫能源正處于高速發(fā)展階段，氫燃料電池汽車正大規(guī)模商業(yè)化。GB/Z 44116-2024《燃料電池發(fā)動機及關鍵部件耐久性試驗方法》的發(fā)布填補了基于實車工況的燃料電池發(fā)動機和關鍵部件耐久性測試規(guī)范的空白，完善了我國燃料電池標準體系，是各相關企業(yè)的重要指導性試驗標準。

標準中主要針對燃料電池發(fā)動機、燃料電池堆、膜電極、空氣壓縮機、氫氣循環(huán)泵的耐久性試驗的試驗條件、試驗方法、數(shù)據(jù)處理等做了規(guī)范。

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燃料電池發(fā)動機耐久性試驗方法

以氣密性測試、絕緣電阻測試等安全性測試為基礎確保試驗安全，進行長周期運行循環(huán)工況，穿插穩(wěn)態(tài)特性試驗、動態(tài)響應特性試驗性能測試。分析燃料電池的電壓的衰減幅度與速率、功率的衰減幅度、效率的衰減幅度、電池堆的一致性及輔助系統(tǒng)的變化率。從電壓、功率、效率、一致性、安全性、可靠性多個維度對燃料電池發(fā)動機的耐久性能進行評價。

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車用燃料電池堆耐久性試驗方法

進行氣密性、絕緣電阻測試等安全性能測試確保試驗安全，長周期循環(huán)工況中穿插極化曲線測試觀察電堆內阻、效率、穩(wěn)定性的變化。通過燃料電池堆參考電流下的電壓衰減速率和衰減幅度等分析電池堆的耐久性能。

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車用燃料電池膜電極耐久性試驗方法

長周期循環(huán)工況中穿插單電池極化曲線測試觀察額定電流密度下單電池電壓的波動變化。通過額定電流密度下的電壓衰減速率和衰減幅度等分析膜電極的耐久性能。

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燃料電池發(fā)動機用空氣壓縮機

耐久性試驗方法

空氣壓縮機的性能直接影響燃料電池系統(tǒng)的效率。空氣壓縮機的耐久性試驗方法通過150000次的啟停循環(huán)工況與動態(tài)循環(huán)工況、1000h的額定工況，分析功率變化幅度來評價空氣壓縮機的耐久性能。

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氫氣循環(huán)泵的耐久性試驗方法

通過150000次的啟停循環(huán)工況與動態(tài)循環(huán)工況、1000h的額定工況以及額定工況點循環(huán)流量及壓升測試，分析功率變化幅度來評價氫氣循環(huán)泵的耐久性能。

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測試結果分析

燃料電池發(fā)動機耐久性測試結束后，會根據(jù)穩(wěn)態(tài)特性測試中燃料電池發(fā)動點擊參考電流所對應的燃料電池堆電壓，進行線性擬合和首尾作差，得到平均單電池電壓衰減速率和幅度，還可以分析功率一致性和效率的變化。

燃料電池發(fā)動機電堆是由多個單電池構成，耐久試驗過程中單電池會因膜電極不可逆降解、催化劑活性降低、碳載體結構變化等因素導致電壓降低，進而導致電堆電壓的降低，影響燃料電池發(fā)動機的功率。如下圖，在基準電流下額定點的單片電壓下降，電堆電壓也隨之下降，曲線趨勢一致。

燃料電池發(fā)動機系統(tǒng)的額定功率（電堆的額定功率—輔助系統(tǒng)消耗功率）如下圖，在1000h耐久試驗中，電堆的功率一定幅度的降低，而輔助系統(tǒng)的功率降低的幅度不明顯。電堆功率的降低會導致燃料電池發(fā)動機系統(tǒng)的輸出功率。

下圖為耐久試驗中燃料電池發(fā)動機（系統(tǒng)）效率和電堆效率的時間曲線，可以看出燃料電池發(fā)動機（系統(tǒng)）和電堆效率隨著耐久工況的時間逐漸衰減。

測試樣品經過1000h耐久后，燃料電池電堆和發(fā)動機的電壓、功率、效率都發(fā)生了一定程度的衰減，直接影響了燃料電池發(fā)動機的整體性能。

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總結

GB/Z 44116-2024《燃料電池發(fā)動機及關鍵部件耐久性試驗方法》為燃料電池發(fā)動機及關鍵部件提供了統(tǒng)一的測試過程和評價標準；為企業(yè)和檢測機構提供了統(tǒng)一的測試方法，提升了試驗效率。