氢燃料电池发动机性能测试

燃料电池（英语：Fuel cell）是一种主要透过氧或其他氧化剂进行氧化还原反应，把燃料中的化学能转换成电能的发电装置。最常见的燃料为氢其，他燃料来源来自于任何的能分解出氢气的碳氢化合物，例如天然气、醇、和甲烷等。

燃料电池有别于原电池，优点在于透过稳定供应氧和燃料来源，即可持续不间断的提供稳定电力，直至燃料耗尽，不像一般非充电电池一样用完就丢弃，也不像充电电池一样，用完须继续充电，也因此透过电堆串连后，甚至成为发电量百万瓦(MW)级的发电厂。

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1范围

　　本标准规定了燃料电池发动机起动特性、稳态特性、动态响应特性、气密性检测、绝缘电阻检测等试验方法。

　　本标准适用于车用质子交换膜燃料电池发动机。

2规范性引用文件

　　下列文件中的条款通过本标准的引用而成为本标准的条款。凡是注日期的引用文件，其随后所有的修改单（不包括勘误的内容）或修订版均不适用于本标准，然而，鼓励根据本标准达成协议的各方研究是否可使用这些文件的最新版本。凡是不注日期的引用文件，其最新版本适用于本标准。

　　GB/T 18384(所有部分）电动汽车安全要求

　　GB/T 24548燃料电池电动汽车术语

　　GB/T 24549燃料电池电动汽车安全要求

3术语和定义

　　GB/T 24548确立的以及下列术语和定义适用于本标准。

　　3.1

　　冷机状态cold state

　　燃料电池发动机内部温度（冷却液出口温度）与环境温度相同。

　　3.2

　　热机状态hot state

　　燃料电池发动机内部温度处于正常工作温度范围（正常工作温度由制造厂规定）。

4测试用仪表精度的要求

　　测试用仪表精度要求见表1。

5试验前准备工作

　　试验前按照6.3做好燃料电池发动机的准备工作，然后将燃料电池发动机封存12h，封存后不应对燃料电池发动机做任何改动。

6一般试验条件及试验要求

　　6.1燃料电池发动机的要求

　　燃料电池发动机应满足以下要求：

　　——燃料电池发动机各系统要完整；

　　——燃料电池发动机要有可靠的安全保障系统。

　　6.2测试条件

　　测试方应提供以下测试条件：

　　——氢气高压气源，纯度满足使用要求；

　　——控制电源（如DC12V电源,DC24V电源等）；

　　——直流辅助动力电源等。

　　6.3测试前燃料电池发动机状态规定

　　测试前燃料电池发动机状态应符合以下规定：

　　——冷却液加注完成；

　　——通氢气后燃料电池发动机即可工作。

　　6.4一般试验要求

　　测试应按以下要求进行：

　　——在整个试验项目中，首先按照7.9进行气密性检测，如果气密性达不到要求，则终止试验，

　　——气密性检测完成后，按照7.10进行绝缘电阻的预检测（冷却泵处于运转状态），如果绝缘电阻值不满足GB/T 24549的规定，则终止试验（此绝缘电阻值不作为最终的绝缘电阻检测结果）；

　　——所有性能测试项目（7.3-7.8)完成后，才能按照7.10进行绝缘电阻检测及质量侧试；

　　——性能测试项目（7.3-7.8)可以根据实际需要安排测试顺序；

　　——燃料电池发动机在测试过程中不允许补充冷却液及加湿用水。

7性能试验方法

　　7.1冷机方法

　　燃料电池发动机（冷却液加注完成）在规定的温度和湿度条件下保温足够长的时间以保证燃料电池发动机内部温度与环境温度相同，静置时间至少为12h。

　　7.2热机方法

　　按照制造厂的使用规定，使燃料电池发动机工作在一定功率，同时监测燃料电池堆冷却液的出口温度，一旦燃料电池堆冷却液的出口温度达到正常工作温度，即认为燃料电池发动机达到热机状态。

　　7.3起动特性试验

　　7.3.1冷起动特性试验

　　7.3.1.1试验条件

　　试验前燃料电池发动机处于冷机状态。试验过程应自动进行，不能有人工干预。

　　7.3.1.2试验方法

　　冷起动特性试验按以下方法进行：

　　a）按照制造厂规定的起动操作步骤起动燃料电池发动机；

　　b)燃料电池发动机起动后，在怠速状态下持续稳定运行10min。

　　7.3.1.3试验过程中测量记录的数据

　　试验中测量的数据：冷起动时间、燃料电池发动机系统电压。

　　7.3.2热起动试验

　　7.3.2.1试验条件

　　试验前燃料电池发动机处于热机状态，试验过程应自动进行，不能有人工干预。

　　7.3.2.2试验方法

　　热起动试验按以下方法进行：

　　a)按照制造厂规定的起动操作步骤起动燃料电池发动机；

　　b)燃料电池发动机起动后，在怠速状态下持续稳定运行10min。

　　7.3.2.3试验过程中测且记录的数据

　　试验中测量的数据：热起动时间、燃料电池发动机系统电压。

　　7.4额定功率试验

　　7.4.1试验条件

　　试验前燃料电池发动机的状态为热机状态，试验过程应自动进行，不能有人工干预。

　　7.4.2试验方法

　　额定功率试验按以下方法进行：

　　a)热机过程结束后，回到怠速状态运行10s;

　　b)测试平台按照规定的加载方法进行加载，加载到额定功率后持续稳定运行60min。

　　7.4.3试验过程中测且记录的数据

　　试验中测量的数据：燃料电池发动机系统的电压、电流，氢气的消耗量，辅助系统的电压、电流。

　　7.5峰值功率试验

　　7.5.1试验条件

　　试验前燃料电池发动机的状态为热机状态。试验过程应自动进行，不能有人工干预。

　　7.5.2试验方法

　　峰值功率试验按以下方法进行：

　　a)热机过程结束后，回到怠速状态运行10s;

　　b)测试平台按照规定的加载方法进行加载，加载到额定功率后在该功率点至少稳定运行10min，然后按照规定的加载方式加载到设定的峰值功率，在该功率点持续稳定运行设定的时间（根据产品技术要求确定），到达设定的时间后按照制造厂规定的卸载方式进行卸载。

　　7.5.3试验过程中测．记录的数据

　　试验中测量的数据：峰值功率运行的时间，燃料电池发动机系统的电压、电流，氢气的消耗量，辅助系统的电压、电流。

　　7.6动态响应特性试验

　　7.6.1试验条件

　　试验前燃料电池发动机处于热机状态。试验过程应自动进行，不能有人工干预。

　　7.6.2试验方法

　　7.6.2.1加载动态响应测试

　　加载动态响应测试按以下方法进行：

　　a)热机过程结束后，回到怠速状态运行10s;

　　b)按照规定的加载方式加载到动态响应的起始功率点，在该功率点至少稳定运行1min;

　　c)测试平台向燃料电池发动机发送动态阶跃工作指令，同时测试平台按照规定的加载方式加载，直至达到动态阶跃的截止点，燃料电池发动机在该功率点至少持续稳定运行10min。

　　推荐取10%PE-90%PE的响应时间作为评价燃料电池发动机的动态响应指标。PE为燃料电池发动机额定功率。

　　7.6.2.2卸载动态响应测试

　　卸载动态响应测试按以下方法进行：

　　a)热机过程结束后，回到怠速状态运行10s;

　　b)按照规定的加载方式加载到动态响应的起始功率点，在该功率点至少稳定运行1min;

　　c)侧试平台向燃料电池发动机发送动态阶跃工作指令，同时测试平台按照规定的卸载方式卸载，在规定的时间内达到动态阶跃的截止点，燃料电池发动机在该功率点至少持续稳定运行10min。

　　7.6.3试验过程中测．记录的数据

　　试验中测量的数据：动态阶跃响应时间，燃料电池发动机系统的电压、电流，氢气的消耗量，辅助系统的电压、电流。

　　7.7稳态特性试验

　　7.7.1试验条件

　　试验前燃料电池发动机处于热机状态。试验过程应自动进行，不能有人工干预。

　　7.7.2试验方法

　　稳态特性试验按以下方法进行：

　　a)在燃料电池发动机工作范围内均匀选择至少10个工况点；

　　b)热机过程结束后，回到怠速状态运行10s;

　　c)按照规定的加载方法加载到预先确定的工况点，在每个工况点至少持续稳定运行3min。

　　7.7.3试验过程中测I记录的数据

　　试验中测量的数据：燃料电池发动机系统的电压、电流，氢气的消耗量，辅助系统的电压、电流。

　　由此可以得到：燃料电池堆的极化特性曲线（V-I曲线）、燃料电池堆的功率曲线、燃料电池堆的效率曲线；燃料电池发动机的功率曲线、燃料电池发动机的效率曲线；辅助系统的功率曲线等。

　　7.8紧急停机功能测试

　　7.8.1试验条件

　　燃料电池发动机处于工作状态。试验过程应自动进行，不能有人工干预。

　　7.8.2试验方法

　　按照规定的加载方式，把燃料电池发动机加载到一定的功率点（功率值不低于50%PE），持续运行一定时间，然后测试平台紧急切断气源，5min后重新起动燃料电池发动机，检查燃料电池发动机是否正常起动。

　　7.9燃料电池发动机气密性测试

　　7.9.1关闭燃料电池发动机排氢阀，将燃料电池发动机氢气系统中充满惰性气体（氮气、氩气、氦气，或者氦气浓度不低于5％的氦氮混合气），压力设定为50kPa，压力稳定后，关闭氢气的进气阀，保持20min。

　　7.9.2关闭燃料电池发动机排氢阀，燃料电池发动机空气排气口封闭。将燃料电池发动机氢气系统和阴极流道中充满惰性气体，两侧压力都设定为正常工作压力，压力稳定后，关闭两侧的进气阀，保持20min。

　　7.9.3数据记录

　　记录压力下降值。

　　7.10绝缘电阻测试

　　测试条件：上述测试项目完成后，燃料电池发动机冷却泵处于运转状态，燃料电池发动机处于热机状态。

　　测试方法：按照GB/T 24549规定的方法测量燃料电池堆正极和负极分别对地的绝缘电阻；绝缘电阻值应满足GB/T 24549的规定。

　　7.11质量测试

　　测量燃料电池堆和辅助系统的质量［包括氢气供应系统（不包括高压氢气瓶）、空气供应系统、控制系统、水热管理系统（不包括散热器总成）等，应包括冷却液及加湿用水的质量]。

8试验数据的计算

　　8.1燃料电池发动机功率

　　燃料电池发动机功率按下式计算：

　　8.2燃料电池发动机效率

　　燃料电池发动机效率按下式计算：

　　8.3料电池堆的功率

　　燃料电池堆的功率按下式计算：

　　8.4料电池堆效率

　　燃料电池堆效率按下式计算：

注：此测试方法转国家标准；

从事此行业多年。

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