高原環境的稀薄空氣和低溫等因素會對燃料電池系統的水管理、溫度控制、性能表現等方面帶來挑戰。因此，燃料電池汽車在高原環境下需要進行專門的測試和調試，以保證其安全、可靠、經濟和高效地運行。  

國際先進車型在高原環境中的表現

圖 1 不同海拔起動對比

首先對比起動時平原與高原的不同。相比平原環境，高原1起動時空氣進氣壓力低20%，空壓機電機轉速高51%，高原2起動時空氣進氣壓力低26%，空壓機電機轉速高116%。可以看出高原環境對空氣進氣壓力與空壓機電機轉速影響較大，國際先進車型針對高原的氫氣低壓設定值與氫循環泵轉速沒有與平原的策略做區別控制。

圖 2 不同海拔怠速對比

我們再來對比不同海拔下的怠速表現，可以看到最主要的區別在于BOP的功耗，平原為0.29kW，高原1時為4.66kW，高原2時為7.47kW。造成這種現象的原因我們可以在空氣路的表現發現，陰極壓力下降，空壓機的轉速和目標流量提高。空壓機的負荷大幅提升，燃料電池系統的效率下降。

圖 3 不同海拔額定功率對比

對照國際先進車型在平原和高原2的額定功率表現，出現了燃料電池的功率被限制的現象。根據我們之前的測試經驗，以下5種情況會導致燃料電池系統功率被限制。分別是電堆溫度過高、單電池電壓過低、氫氣泄漏、氫氣壓力過低以及空氣壓力過低。分析相關信號后，我們排除了前四個原因。重點看一下空壓機的表現，在平原空壓機的峰值轉速為15540rpm，在高原轉速達到了16170rpm，是額定轉速的96.8%。空壓機接近滿負荷工作，依舊不能提供電堆需要的進氣壓力以及流量。因此，高原地區的燃料電池堆的輸出功率會降低。

擴散效應是物質從高濃度區域自發向低濃度區域運輸的現象。在高原地區，由于空氣稀薄，陰極流場的氧分壓較低，陰極流場到反應區域的濃度差較小，氧氣的擴散效應會降低。特別是在高功率輸出時，燃料電池堆的性能受到擴散效應降低的影響較大，輸出功率會顯著下降。

國際先進車型在高原環境下的策略

圖 4 空壓機MAP

為對比高原與平原空壓機運行工況點的路徑差異，在基于空壓機臺架測試得到的MAP數據基礎上繪制高原和平原運行工況點路徑，直觀的展現出空壓機的運行特性。海拔越高，空氣進氣壓力隨空壓機轉速增大而提高得越慢，并在達到一定的轉速之后不再提高，因為此時空壓機轉速已經到達極限，為了盡可能提高電堆輸出功率，必須提高過量系數而不能選擇空氣壓力，因此背壓閥開度逐漸增加，空氣壓力也隨即減小，同時空氣流量逐漸增加，保障電堆的功率需求。

由圖可知空壓機在高原2運行時處于低流量高壓比區域，喘振風險增大。對比平原環境，其他主要零部件如：氫氣循環泵、冷卻水泵等在高原環境的表現變化不大。空壓機硬件本身的性能（最大轉速、喘振區域）決定了燃料電池系統高原環境性能表現。所以若想讓燃料電池汽車在高原上獲得更好的性能表現，提高空壓機本身的性能是今后行業發展的一個重要方向。

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