燃料电池系统失效方式解析

燃料电池系统失效包括本质失效和误用失效。本质失效指燃料电池系统自身故障引起的失效，后者则是由外部原因（外部能量使用或其他因素）引起的失效。

（1）本质失效

燃料电池系统的本质失效包括电堆功能失效和辅助系统（含控制系统）失效。电堆功能失效主要是燃料电池电堆本身组成部件的失效，包括：

1）质子交换膜失效。主要是腐蚀、老化、脱水等情况造成的膜导电能力下降，以及温度或压力差过高造成的膜穿孔、氢气和空气直接混合等原因造成的失效状况。

2）电极失效。主要是催化剂活性下降以及水淹、脱落、杂质阻塞等原因导致电极的导电性、扩散层的疏水性和气体扩散性下降，进而造成电堆性能下降等失效状况。

3）双极板失效。主要是气体流场被液态水或杂质阻塞，引起燃料或空气供应不足，造成电堆性能下降等失效状况。

辅助系统失效主要是执行机构失效和控制器失效，包括：

1）老化失效。阀门、电机、管道以及系统安装固定等机构老化造成设备工作异常或性能下降等系统失效。

2）辅助系统匹配失效。主要是辅助设备的选择或使用不能满足燃料电池电堆工作的相关需求引起的系统失效。

3）控制品质失效。主要是控制算法本身或硬件电路设计不完善引起的系统参数控制精度和响应速度不足等引起的系统失效。(www.xing528.com)

4）控制系统误动作。主要是控制系统受到干扰，引起控制软件失效、通信错误等，导致控制系统发出错误指令，从而引起系统失效。

电堆失效和辅助系统失效是息息相关的两个因素，一方面辅助系统失效会导致电堆失效，另一方面电堆失效也会引起辅助系统失效，例如：在输出相同功率的条件下，当电堆性能下降时，就会要求发动机输出更大的电流，引起风机负荷过大，甚至长期超负荷运行，导致风机加速老化甚至故障。相同的输出功率条件下，如果风机出现故障引起氧气供应不足，则必然导致燃料电池极化程度加深，发热量急剧上升，极有可能导致双极板烧坏、变性，从而导致气体泄漏等电堆失效故障。为避免本质失效或减小失效情况给系统带来的负面影响，就要求控制系统必须具备完善的功能以及抗干扰能力。

（2）误用失效

误用失效指由控制系统和外部设备之间的能量管理协调不当引起的燃料电池系统失效。误用失效主要存在以下情况：

1）在燃料电池电堆工作状态未达到相应输出功率条件下，外部设备强行增加输出功率，造成输出电流急剧上升，导致系统失效。

2）在未通知燃料电池电堆工作的条件下，外部设备急剧降低输出功率，造成系统压力波动过大，导致系统失效。

3）在外部能量需求较小的情况下，要求燃料电池电堆长期运行在满负荷状态引起的燃料电池电堆效率降低，甚至失效的情况。

燃料电池系统失效的最终表现是本质失效，即由外部原因导致的系统本质失效。减少外部原因导致系统本质失效的主要办法，就是提高燃料电池系统的能量管理策略、故障监测能力和容错控制策略。