周 輝，劉志恩，李永超，盧熾華，2，杜常清，2

（1.武漢理工大學(xué)，現(xiàn)代汽車零部件技術(shù)湖北省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，武漢 430070；2.先進(jìn)能源科學(xué)與技術(shù)廣東省實(shí)驗(yàn)室佛山分中心（佛山仙湖實(shí)驗(yàn)室），佛山 528200）

前言

質(zhì)子交換膜燃料電池（proton exchange membrane fuel cell，PEMFC），具有無污染、高效率、噪聲小等優(yōu)點(diǎn)［1］，近些年在燃料電池汽車上的應(yīng)用獲得廣泛關(guān)注［2］。車載燃料電池電堆往往由幾百片單電池組成，以滿足輸出電壓和功率需求。由于“桶效應(yīng)”的存在，電堆工作壽命取決于最差單電池性能［3］。由于制造工藝、工作條件等因素的差異，隨著系統(tǒng)使用時(shí)間的增加，各單電池之間呈現(xiàn)出不一致性衰退［4-5］，其中快速頻繁變載的動(dòng)態(tài)工況是其性能衰退的主要影響因素［6］。而車載PEMFC 系統(tǒng)須經(jīng)常在啟停、怠速、快速變載等工況下運(yùn)行，燃料電池系統(tǒng)內(nèi)部溫度、濕度、壓力等運(yùn)行參數(shù)控制難度較大［7］，處理不當(dāng)會(huì)加劇較差單電池的衰退速率。許多研究人員通過仿真或試驗(yàn)的方法從燃料電池結(jié)構(gòu)和材料、運(yùn)行參數(shù)及系統(tǒng)控制等方面對燃料電池的動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性做了較深入的研究［8］。Wang 等［9］研究了平行流場與指叉型流場在不同流道肋寬比時(shí)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)。負(fù)載動(dòng)態(tài)變化時(shí)，指叉型流場比平行流場的響應(yīng)慢，流道與肋寬比越大，兩種流場的響應(yīng)時(shí)間均越長。Hwang 等［10］通過具有單蛇形流場的單電池，研究了不同膜和氣體擴(kuò)散層厚度時(shí)，燃料電池電壓的瞬態(tài)特性，發(fā)現(xiàn)隨著膜和氣體擴(kuò)散層厚度的增加，動(dòng)態(tài)電壓的超調(diào)量增加。Wu 等［11］基于65 kW 雙堆系統(tǒng)通過試驗(yàn)方法研究了啟動(dòng)過程中陽極氣體組分及流量對開路電壓的影響，通過數(shù)值仿真的方法分析了多堆的動(dòng)態(tài)特性，發(fā)現(xiàn)啟動(dòng)時(shí)電壓分布不均勻，局部電壓高于1.5 V 發(fā)生碳腐蝕，增大氫氣流量有利于縮短啟動(dòng)時(shí)間減少碳腐蝕。Chen 等［12］提出了一種基于模型預(yù)測控制方法通過仿真驗(yàn)證了其能夠降低動(dòng)態(tài)工況下的響應(yīng)時(shí)間及電壓超調(diào)量。馬義等［13］通過優(yōu)化動(dòng)態(tài)運(yùn)行時(shí)空壓機(jī)工作曲線，減少了動(dòng)態(tài)過程中空氣“饑餓”現(xiàn)象，避免了動(dòng)態(tài)加載過程中單電池電壓過低現(xiàn)象。

Hu 等［14］通過4 片單電池組成的電堆分析了當(dāng)?shù)? 片遭遇饑餓時(shí)電壓和電流的分布特征，及其對相鄰電池的影響。研究發(fā)現(xiàn)饑餓單電池在陽極入口區(qū)域電壓下降明顯，拆解后發(fā)現(xiàn)了嚴(yán)重碳腐蝕，而正常單電池受到影響，陽極進(jìn)口電壓甚至高于出口電壓。單個(gè)電池的性能降低或反極出現(xiàn)，會(huì)限制PEMFC 電堆的整體性能，并可能導(dǎo)致膜電極的嚴(yán)重?fù)p壞［15］。Chatillon 等［16］研究了一個(gè)由2 片正常加1片老化單電池組成的電堆在穩(wěn)態(tài)工況下的不一致老化現(xiàn)象，并與正常3 片電堆進(jìn)行了對比，中間缺陷單電池在運(yùn)行至500 h時(shí)氫交叉電流激增約70%，膜電極（MEA）出現(xiàn)裂紋，有效活性面積下降量是正常單電池的2 倍。缺陷單電池相對于正常電池動(dòng)態(tài)響應(yīng)速率更慢，更易因?yàn)樨?fù)載電流的突然增加而出現(xiàn)“饑餓”［17］?，F(xiàn)有文獻(xiàn)多針對正常電堆及系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能研究，對于電堆中含有缺陷單電池的研究相對缺乏，片數(shù)較少，且工況類型單一。針對車用大功率燃料電池系統(tǒng)，研究缺陷電池的特性，對于在實(shí)際應(yīng)用中掌握電堆及系統(tǒng)的性能變化，制定合理的控制策略，保護(hù)電堆安全及延長使用壽命，具有實(shí)際指導(dǎo)意義。

本文中通過對100 kW 車用燃料電池系統(tǒng)試驗(yàn)，分析了電堆中缺陷單電池的穩(wěn)態(tài)和動(dòng)態(tài)性能，研究缺陷單電池存在對電堆一致性的影響和對系統(tǒng)輸出的限制，提出了系統(tǒng)控制策略建議。

1 試驗(yàn)

1.1 試驗(yàn)設(shè)備

燃料電池系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與測試臺架原理如圖1 所示。燃料電池系統(tǒng)測試臺架為Kewell TCTS-M-150，由氣體、冷卻散熱、保護(hù)、電子負(fù)載、整機(jī)控制5大系統(tǒng)組成，向燃料電池系統(tǒng)提供散熱、氫氣及氮?dú)夤┙o、電子負(fù)載和電源。測試臺氫氣流量測量精度±%1FS，冷卻系統(tǒng)散熱額定功率225 kW，溫度控制精度±1 ℃，電子負(fù)載電流響應(yīng)時(shí)間≤10 ms，額定功率200 kW，控制系統(tǒng)采用CAN通信。

圖1 燃料電池系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與測試臺架原理圖

燃料電池系統(tǒng)由電堆、空氣供給、氫氣供給、熱管理、控制等系統(tǒng)組成。系統(tǒng)中關(guān)鍵部件參數(shù)如表1所示。

表1 燃料電池系統(tǒng)關(guān)鍵部件參數(shù)

空氣供給系統(tǒng)中，空氣經(jīng)過濾后由離心式兩級增壓空壓機(jī)壓縮，經(jīng)中冷器冷卻后通入膜管式增濕器，然后通過進(jìn)氣閥進(jìn)入電堆陰極。增濕器利用陰極尾氣對進(jìn)堆干空氣進(jìn)行增濕，維持合適的進(jìn)堆氣體濕度。背壓閥與空壓機(jī)協(xié)調(diào)控制，用于調(diào)節(jié)空氣流量和壓力。進(jìn)氣閥用于封閉和打開進(jìn)氣通路，旁通閥與進(jìn)氣閥配合調(diào)節(jié)空氣流向避免系統(tǒng)損壞。

氫氣供給前端壓力為15 bar，入堆氫氣壓力由引射器比例閥調(diào)節(jié)。氫氣系統(tǒng)循環(huán)采用引射器與氫氣循環(huán)泵并聯(lián)方案，電堆功率小于20 kW 時(shí)循環(huán)泵與引射器同時(shí)工作，功率大于20 kW 時(shí)，氫氣循環(huán)泵關(guān)閉，引射器單獨(dú)工作。陽極尾排閥合并了排氫排水功能，陽極循環(huán)氣體經(jīng)氣液分離器分離，分離的水在重力作用下聚集在陽極尾排閥。尾排閥開啟時(shí)，在強(qiáng)氣流作用下先排出液態(tài)水，然后排出氣體。

熱管理系統(tǒng)包括兩個(gè)回路，輔助散熱回路采用并聯(lián)形式，通過水泵循環(huán)冷卻液對空壓機(jī)、空壓機(jī)控制器、直流變換器（DC/DC）、中冷器進(jìn)行散熱。主散熱回路對電堆進(jìn)行散熱，回路中電子節(jié)溫器調(diào)節(jié)散熱回路大小循環(huán)、PTC 加熱冷卻液快速暖機(jī)，去離子罐過濾冷卻液中離子將電導(dǎo)率控制在安全范圍（≤5 μs/cm）。

控制系統(tǒng)中，DC/DC、空壓機(jī)、水泵、空氣路閥體、陽極尾排閥、氫氣循環(huán)泵、單電池電壓巡檢器（CVM）等與燃料電池控制器（FCU）之間采用CAN通信。FCU 采集執(zhí)行器反饋信號及各子系統(tǒng)溫度、壓力、流量等傳感器信號向上位機(jī)傳輸數(shù)據(jù)，同時(shí)接收上位機(jī)發(fā)出的參數(shù)設(shè)置傳遞給各執(zhí)行器。系統(tǒng)中傳感器精度如表2所示。

表2 傳感器量程及精度

1.2 試驗(yàn)工況及流程

針對試驗(yàn)過程中出現(xiàn)的某固定單電池電壓持續(xù)偏低的情況，通過穩(wěn)定工況、階躍工況和循環(huán)工況進(jìn)行分析?，F(xiàn)場試驗(yàn)如圖2 所示。試驗(yàn)前檢測燃料電池電堆和系統(tǒng)的氣密性、絕緣性良好，無冷卻液泄漏。試驗(yàn)時(shí)通過上位機(jī)輸入負(fù)載電流信號，利用CAN 通信經(jīng)FCU 發(fā)送到DC/DC，DC/DC 預(yù)充后閉合主正接觸器，接通燃料電池系統(tǒng)測試臺電子負(fù)載，在負(fù)載電流小于120 A 時(shí)空氣流量恒定為27.8 g/s，負(fù)載電流大于120 A 時(shí)空氣計(jì)量比控制為2.1，陽極基于壓力控制，氫氣一次流計(jì)量比為1，陽極尾排閥開啟時(shí)通過PID 控制增大供氫比例閥開度，補(bǔ)償氫氣流量，維持氫氣壓力穩(wěn)定。

圖2 燃料電池系統(tǒng)試驗(yàn)臺架圖

（1）穩(wěn)定工況

系統(tǒng)啟動(dòng)后負(fù)載電流以20 A為間隔快速拉升到110 A，在該電流下運(yùn)行約60 min，觀察缺陷單電池在穩(wěn)定工況下長時(shí)間運(yùn)行時(shí)的性能變化。110 A穩(wěn)態(tài)運(yùn)行過程中，進(jìn)氣壓力及溫度、冷卻液溫度如圖3 所示。進(jìn)堆空氣壓力約163 kPa，氫氣壓力維持在183±2.2 kPa 內(nèi)。進(jìn)堆冷卻液溫度維持在68 ℃左右約37 min，然后緩慢升至75 ℃約15 min。進(jìn)出堆冷卻液溫差在2～3 ℃范圍波動(dòng)?？諝膺M(jìn)堆溫度變化趨勢與冷卻液溫度一致，分別維持在59 與64 ℃左右。陽極進(jìn)氣溫度由于受到循環(huán)氣體的影響，隨電堆溫度升高而升高。

（2）階躍工況

負(fù)載電流設(shè)定如圖4所示，劃分為7個(gè)過程。階躍1、2、5、7，4 個(gè)過程電流變化均為145 A，其中1、5過程為相同的加載，2、7過程為降載。階躍3相對于階躍1，拉載電流從145 降為97 A。階躍4 相對階躍2 將降載過程均分為2 步。階躍6 負(fù)載電流從308～500 A，均分為4步連續(xù)加載。

圖4 階躍工況負(fù)載電流

壓力與溫度控制如圖5 所示。陰陽極進(jìn)氣壓力差值約20 kPa，進(jìn)出口冷卻液溫差控制在5 ℃左右，最大溫差為6 ℃。陰極進(jìn)氣溫度在52～70 ℃之間，趨勢與冷卻液溫度一致，陽極進(jìn)氣溫度維持在45～52 ℃。

圖5 階躍工況系統(tǒng)工作條件

（3）車載循環(huán)工況

為保證電堆安全，在單電池最低電壓不小于0.5 V 的情況下，臺架試驗(yàn)參考CLTC 循環(huán)工況，設(shè)置如圖6 所示的負(fù)載電流請求，怠速工況負(fù)載電流為16 A，最大電流為300 A，循環(huán)過程中變載速率限制為60 A/s。試驗(yàn)過程中，陽極進(jìn)氣溫度42～46 ℃，陰極進(jìn)氣溫度60～67 ℃，電堆冷卻液溫度68～76 ℃。陰陽極進(jìn)氣壓差隨著負(fù)載變化在15～35 kPa 之間波動(dòng)。

圖6 循環(huán)工況負(fù)載電流

2 試驗(yàn)結(jié)果分析

2.1 缺陷單電池特性

2.1.1 穩(wěn)態(tài)特性

在系統(tǒng)輸出功率5～90 kW 間取18個(gè)點(diǎn)，5 kW為間隔，每個(gè)點(diǎn)穩(wěn)定運(yùn)行120 s，得到如圖7所示的缺陷單電池與正常單電池電壓及功率對比曲線。隨著電流密度的增加，Cell 1的電壓下降速度明顯快于其他單電池，至1 600 mA/cm2時(shí)，電壓降至0.464 V，輸出功率達(dá)到最大值255.32 W。

圖7 缺陷與正常單電池電壓及功率對比

Hinaje 等［15］在針對含有23 片單電池電堆研究中，首次測試電流密度300 mA/cm2下，缺陷單電池比正常單電池的電壓降低了約100 mV。極化曲線對比時(shí)缺陷單電池與正常單電池的電壓差隨電流密度的增加而增大［15，18］。本研究中，初始測試在電流密度360 mA/cm2下，Cell 1電壓比平均電壓低約60 mV。Cell 1電壓隨電流密度增加，表現(xiàn)出與文獻(xiàn)［15］和文獻(xiàn)［18］相同的規(guī)律，在電流密度為1 600 mA/cm2時(shí)比平均電壓低約224 mV，定位為缺陷單電池。電堆中電池編號及位置如圖8所示，Cell 1位于電堆的盲端。

圖8 燃料電池堆中單電池編號及位置示意圖

突然關(guān)閉氫氣流后，任一單電池均未出現(xiàn)電壓快速下降［19］，考慮不存在氫氣外漏導(dǎo)致的燃料饑餓和內(nèi)漏引起的滲透電流，導(dǎo)致缺陷的原因可能是電堆裝配問題或膜電極本身缺陷。為觀察缺陷單電池及其附近單電池的狀態(tài)，對比了Cell 1～Cell 4及平均電壓之間的差別。電流110 A 時(shí)穩(wěn)定工況電池電壓如圖9 所示。Cell 2 比平均電壓低0.021 V，Cell 3 略高于平均電壓，Cell 4 與平均電壓基本一致。Cell 1與平均電壓差在1 785 s 之前約0.077 V，在1 785～2 452 s之間增大至0.086 V，且出現(xiàn)了約25 mV的較大電壓波動(dòng)，此時(shí)陰陽極操作條件穩(wěn)定，Cell 1 表現(xiàn)出局部水淹狀態(tài)［20］。2 452 s 之后局部水淹改善，電壓波動(dòng)減小，然后隨著冷卻液溫度的升高，電壓差值逐漸減小至0.068 V 左右，溫度升高改善了Cell 1 內(nèi)部的水分布狀況及空氣傳輸率。同時(shí)注意到該溫度的變化對平均電壓及正常單電池的影響并不明顯，缺陷單電池對操作溫度變化更為敏感。

圖9 穩(wěn)態(tài)工況電壓與電壓波動(dòng)率

2.1.2 動(dòng)態(tài)特性

圖10 所示為階躍電流輸入時(shí)單電池電壓變化情況。等幅連續(xù)階躍的6 過程Cell 1 下沖后電壓與平均電壓差隨工作電流的增加逐漸拉大。當(dāng)電流增加至500 A 時(shí)，Cell 1 的電壓已降至0.455 V，與平均電壓偏差達(dá)到0.22 V。較大的偏差是由于氣體傳輸?shù)臅r(shí)間要比電化學(xué)雙層放電的時(shí)間常數(shù)高4 個(gè)數(shù)量級，隨著電流的增加缺陷單電池的氣體供應(yīng)不能及時(shí)滿足反應(yīng)需求，導(dǎo)致響應(yīng)變慢［17］，而缺陷單電池又處于電堆最內(nèi)部，更加劇了該效果。

圖10 階躍工況電壓

為研究缺陷單電池的動(dòng)態(tài)性能，引入電壓的階躍幅值［21］和電壓的變化率［17］。電壓階躍幅值為

式中：ΔU為電壓階躍時(shí)的初始值與最終值的差；Ud為階躍時(shí)電池電壓的初始值；Us為階躍后電池電壓穩(wěn)定值。

圖11 所示為各階躍工況時(shí)Cell 1～Cell 4 的下沖或上調(diào)電壓，Cell 1 的值均為最大，甚至超過正常單電池2 倍。階躍電流越大，氣體供給及水分布變化需求越大，電壓過沖現(xiàn)象越明顯［22］，缺陷電池過沖現(xiàn)象則表現(xiàn)更為劇烈。表3 所示為對比的兩階躍過程的上調(diào)/下沖電壓差值。對比階躍2 與階躍4、階躍6與階躍7，減小電流的階躍幅度電壓上調(diào)/下沖幅值隨之降低，且Cell 1 的變化幅度最大。階躍1 與5 對比，Cell 1 的過沖電壓下降了0.028 V，遠(yuǎn)大于Cell 3和Cell 4 的下降量。顯然電堆操作溫度升高較大地改善了Cell 1 的動(dòng)態(tài)響應(yīng)能力，這是因?yàn)殡姸褱囟壬吆螅瑲怏w的飽和蒸氣壓升高，液態(tài)水的黏度和表面張力降低，瞬時(shí)水淹的概率降低［23］，改善了供氣特性，提高了電極反應(yīng)速度。

表3 不同階躍工況下沖/上調(diào)電壓對比

圖11 階躍電壓上調(diào)和下沖值

電壓變化率可用于評價(jià)動(dòng)態(tài)過程中電池的穩(wěn)定性，即

式中ΔT為動(dòng)態(tài)過程持續(xù)時(shí)間，本文針對圖4中的階躍6過程，確定為20 s。K值越小表示電池的穩(wěn)定性越好。

圖12 所示為Cell 1～Cell 4 在階躍6 過程中的電壓變化率K。Cell 1 的電壓變化率最大，其最低值高于其余單電池的最高值，穩(wěn)定性最差。這說明缺陷單電池響應(yīng)速度較慢，階躍電流輸入時(shí)，要達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)，內(nèi)部質(zhì)量輸運(yùn)及水熱重新分布需要的時(shí)間更長。階躍到最大電流時(shí)，電壓變化率最小，原因是本文試驗(yàn)過程中，電堆工作溫度逐步增加，在500 A 時(shí)電堆操作溫度達(dá)到了80 ℃，電堆內(nèi)部水熱分布均勻性得到提升，改善了電堆的動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性。

圖12 電壓變化率

2.2 缺陷單電池對電堆一致性的影響

單電池電壓一致性可采用電壓波動(dòng)率［24-25］進(jìn)行評價(jià)，如式（3）所示。

式中：Ui為單電池電壓為單電池平均電壓；N為單電池?cái)?shù)。

如圖9 所示，穩(wěn)態(tài)工況下，去除Cell 1 的電壓波動(dòng)率Cv約0.84%，且基本穩(wěn)定，整堆電壓波動(dòng)率Cv約1.15%，隨Cell 1電壓波動(dòng)而波動(dòng)。

如圖13 所示，小電流穩(wěn)定工況時(shí)電壓波動(dòng)率較小，一致性良好。隨著負(fù)載電流的增加波動(dòng)率增大，且Cell 1 對電堆電壓波動(dòng)率的影響增加。注意到階躍工況在電流加載時(shí)，Cell 1 對波動(dòng)率占比出現(xiàn)下沖，減載工況則出現(xiàn)上調(diào)。說明階躍加載時(shí)電堆其他單電池的瞬態(tài)一致性變差，削弱了Cell 1 的影響，而降載時(shí)則出現(xiàn)了相反的情況。如圖14所示，變載速度越大，幅度越大，電堆的電壓波動(dòng)率越大，電堆差異性越大，且缺陷單電池占比越大，這限制了電堆的動(dòng)態(tài)變載速率。通過式（4）～式（8）定性分析在動(dòng)態(tài)工況時(shí)電壓波動(dòng)率所表現(xiàn)出的隨負(fù)載電流和電流變化率增大而增大的原因。式（4）為燃料電池輸出電壓［26］。

圖13 缺陷單電池對電堆一致性的影響

圖14 循環(huán)工況電壓一致性

式中：Enernst為能斯特電壓；Uact為活化損失；Uomic為歐姆損失；Ucon為濃差損失。

式中：參數(shù)ξi與電堆有關(guān)，通過試驗(yàn)得到；Rc為電池面電阻；δm、λm分別為膜厚度和膜態(tài)水含量；j為電流密度分別是陰極催化層和流道中的氧氣濃度。

由于液態(tài)水的存在，不同單電池的傳質(zhì)阻力不同，催化層氧氣濃度不同，電堆內(nèi)單電池間存在最大和最小氧氣濃度如果假設(shè)電堆運(yùn)行時(shí)各片溫度、電流密度、膜阻抗、面電阻、陽極壓力一致，則各單電池之間電壓的最大差值可表達(dá)為

式中：ΔUcell-cell為單片之間電壓最大差值；jLmax、jLmin分別為最優(yōu)和最差單電池的極限電流密度。

隨著j的增加ΔUcell-cell增大，電堆差異性增大。進(jìn)一步假設(shè)最佳單電池與最差單電池流道中氧氣濃度比值不隨電流密度變化，則將式（7）對電流密度j求導(dǎo)得式（8），發(fā)現(xiàn)dj越大即電流變化越快，電壓差ΔUcell-cell變化越大，電堆差異性越大。這可通過優(yōu)化控制策略改善，加載時(shí)供氣先于電流變化，減載時(shí)電流先于供氣變化，保證電堆在負(fù)載突變時(shí)供氣充分，減小單電池間極限電流密度的差異性，提高電壓一致性。

2.3 缺陷單電池對系統(tǒng)性能的影響

系統(tǒng)性能常用系統(tǒng)輸出功率、電堆功率和系統(tǒng)效率表征，系統(tǒng)效率［27］通過式（9）計(jì)算。

式中：ηF表示燃料電池系統(tǒng)效率；PF是燃料電池系統(tǒng)輸出功率；mH2是氫氣質(zhì)量流量，g/s；LHVH2是氫氣低熱值，1.2×105kJ/kg。

系統(tǒng)設(shè)計(jì)額定輸出功率為100 kW，如圖15 所示。在500 A 穩(wěn)定負(fù)載電流下，缺陷單電池電壓降至0.455 V，將電堆輸出功率限制在109.5 kW。為保證Cell 1 的電壓不至于下降過低，陰極過量系數(shù)控制在2.1，高于目標(biāo)值1.8，這也導(dǎo)致了更高的系統(tǒng)零部件（BOP）功耗，系統(tǒng)輸出功率限制在91.89 kW，為正常額定值的76.57%，對應(yīng)系統(tǒng)效率為46.75%。

圖15 系統(tǒng)輸出功率及效率

Cell 1 在動(dòng)態(tài)工況下穩(wěn)定性進(jìn)一步惡化，如圖16 所示。電壓波動(dòng)劇烈，電壓變化率是平均電壓變化率的2.2 倍。此時(shí)，300 A 負(fù)載電流對應(yīng)Cell 1 電壓降至0.5 V，最大加載速率為60 A/s，功率響應(yīng)速度為10.27 kW/s，系統(tǒng)變載速率無法進(jìn)一步提高，輸出功率最大為53.96 kW。

圖16 循環(huán)工況單電池電壓

3 結(jié)論

通過分析車用100 kW 燃料電池系統(tǒng)測試的單電池電壓，定義了缺陷單電池Cell 1。分析了實(shí)際系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，缺陷單電池的穩(wěn)、動(dòng)態(tài)特性及其對電堆一致性和系統(tǒng)輸出的影響，結(jié)論如下。

（1）相對于正常單電池，缺陷單電池對電堆操作溫度的變化更為敏感。

（2）缺陷單電池更易發(fā)生缺氣情況，相同操作條件下，電流階躍幅度越大，下沖/上調(diào)電壓越大，缺陷單電池表現(xiàn)更為明顯。

（3）缺陷單電池的動(dòng)態(tài)電壓穩(wěn)定性比正常單電池更差。不論對正常單電池還是缺陷單電池，操作溫度對動(dòng)態(tài)過程電壓穩(wěn)定性的影響顯著，在70～80 ℃區(qū)間，隨著溫度升高，動(dòng)態(tài)電壓穩(wěn)定性提高。

（4）缺陷單電池是導(dǎo)致電壓差異性增大的主要因素。穩(wěn)態(tài)時(shí)隨著負(fù)載電流的增大，電壓差異性增大，缺陷單電池差異性占比增大。動(dòng)態(tài)時(shí)變載速度越快，幅度越大，電壓差異性越大，缺陷單電池的差異性占比越大。

（5）隨著負(fù)載電流及變載速率增加，缺陷單電池的性能惡化，限制了系統(tǒng)功率輸出和動(dòng)態(tài)變載速率。

因此，為減緩電堆衰退速率，維持含缺陷單電池系統(tǒng)運(yùn)行，應(yīng)提高熱管理系統(tǒng)控制精度，減小溫度波動(dòng)；避免在低溫區(qū)間進(jìn)行快速變載操作，提高系統(tǒng)動(dòng)態(tài)電壓穩(wěn)定性；減小變載幅度及速度，避免單電池持續(xù)惡化。