关于对某燃料电池发动机的实验分析

  　　　　1160kW燃料电池发动机(http://www.autoho.com/ypnew_view.asp?id=1780" 介绍余热对于发动机)的集成与系统特征参数。　　60kW发动机的系统流程如图所示，由电堆模块，氢气系统，空气系统，水热管理系统及电控系统组成。氢气系统主要由氢气减/稳压装置，流量调节装置，氢气内循环装置，分/排水装置及尾气排放装置等构成；空气系统主要由空气压缩机，压力调节装置，排气装置及消音装置等构成；水热管理系统由电堆水热管理，空压机泵头水热管理，空压机驱动电机热管理及空压机变频控制器热管理子系统构成。电堆水热管理子系统主要由分/排水装置，循环水泵，散热器及水净化装置等组成；电控系统主要由主控ECU，温度及压力传感器，单电池电压测量装置及流量控制阀件驱动电路等构成。在运行控制上该发动机操作采取了变压操作模式，发动机在不同工况下进入不同的压力状态使系统的操作性与功耗更加合理；同时，发动机控制采用了功率自适应模式，简化系统，减小了故障率。图为发动机的外观照片。表给出了该台发动机的特征数据。发动机堆输出性能曲线如图所示，相应的操作参数为：气体入口工作压力为0.2MPa，堆操作温度为65℃，大功率时空气利用率可达55%，氢气利用率96%，**堆输出功率120kW.   　　220次工况循环台架实验。　　为了考察发动机操作的稳定性，可靠性，进行了20次工况循环测试，循环工况如图所示。每次循环95min，包括了20min怠速，30min标定工况（净输出60kW）及2min120%过载工况（净输出72kW），本工况制定是依据测试规范在尽可能苛刻的条件下考察发动机的稳定性及可靠性，以便发现问题为装车运行采集充分的数据。怠速工况20min，对于发动机是一个极端的工况，此时电池工作温度较低，而空气入口温度较高，需要电池的适应性很强。我们通过系统的合理配置与电堆水热平衡的优化设计，满足了实验要求，在怠速工况下发动机运行稳定。基于大连化物所理论研究的基础，本台发动机对电池结构，流场与阻力分配进行了调整，性能有所提高，峰值功率比原来提高15%，因此保证标定工况与过载工况的稳定输出，过载**可以达到130%以上。图给出了典型的工况曲线。由图可见，在整个运行工况中，发动机均能进行稳定输出，电池温度<70℃，水热管理状态良好，控制逻辑有效，满足工况需求。　　图～图给出了典型的4个工况，怠速工况，60%标定工况，100%标定工况及120%标定工况在20次循环过程的堆输出电压，平均堆输出电压，堆功率输出，净输出功率曲线。由图可见，经过20次循环后该台发动机性能基本没有明显衰减。图中堆输出电压在平均值上下有所波动，这是由于每次循环时操作工况如电堆温度，气体压力，负载等控制的偏差，尤其在怠速状态下，由于堆输出功率较低，堆的温度受环境温度影响较大，因此怠速状态与其它工况情况相比波动幅度大一些；随着电堆输出功率的增大，电堆温度受自身输出功率的控制，对环境的依赖程度减弱，输出性能相对比较平稳。表给出了堆电压与堆输出功率在不同工况下不同循环的平均值与实测值的比较，由表可见，正负偏差基本是随机的。　　按下式计算标定功率下的堆输出电压的标准误差：式中：n―循环次数；Vi―每次循环在标定工况下的堆电压输出；―标定工况下的20次循环堆输出电压平均值；计算所得在标定工况下的标准误差为2.17V.从上述实验结果中可以看出：该燃料电池发动机在经历了20次的复杂工况实验后，累计运行时间为1900min（不包括在此之前的调试运行时间），其中怠速时间占21%，60%标定工况占21%，100%标定工况占32%，120%标定工况占2%，其各项性能指标基本上保持了原有的性能状态，说明该发动机具有较好的稳定性。　　3结论。　　（1）成功地进行了净输出60kW级氢/空燃料电池发动机的集成。　　（2）该燃料电池发动机顺利地通过了车载前20次指定工况地面台架考核验，结果表明燃料电池发动机主要性能指标在考核实验前后没有明显的变化，具有较好的稳定性。                             来源:http://www.edianchi.com/news/html/Tech/9212.html