随着传统能源的不断减少及其利用方式所造成的环境污染不断增加,我们必须为未来的汽车寻找新的动力源。而被称为第四代发电技术的燃料电池,由于其发电效率高、无污染而倍受人们关注。相应的质子交换膜燃料电池发动机则具有能量转换效率高、零排放、燃料多样性、工作温度低、可用空气做氧化剂等一系列优点,因此被公认为是未来最具竞争力的汽车动力源。 首先,简要论述了质子交换膜燃料电池的工作原理、特点、效率和性能等,以及燃料电池系统的组成。此外,由于本文所设计的测试系统需要模拟整个车载系统的运行,特别是能量流动方式,并需要得到燃料电池发动机与整车匹配的各项性能参数。因此,还对燃料电池系统在整车上的应用进行了详细地分析,为下文的燃料电池发动机测试系统设计提供了良好的前提和铺垫。 本文的主要内容围绕燃料电池发动机测试系统的软硬件设计,以及相应的试验方法和测试规范来展开。首先设计了整个测试系统的总体结构,然后分别对各子系统,如供气系统、加湿系统、辅助散热系统、能量流管理系统、数据采集及控制系统等进行设计;并对反应气体的加湿量和电堆的热平衡进行了详细的计算;根据测试系统软件平台的功能要求,基于组态王构建了系统的软件平台,并阐述了组态王的基本功能、数据库的访问和维护方法以及系统中采用的I/O板卡等内容;还对数据采集系统中的电源伺服单元和信号调理单元的各个接口进行逐个定义;由于燃料电池发动机是一个很复杂的多输入多输出控制系统,对PID控制在燃料电池发动机测试系统中的应用也进行了研究。 燃料电池发动机工作流程的制定、试验方法和测试规范的提出也是本文的重点研究内容。根据整个测试系统的运行过程,制定了燃料电池发动机的各个工作流程,如扫气流程、启动流程、正常工作流程、关机流程等。最后,根据笔者在燃料电池发动机测试方面的研究经验,并结合我校燃料电池汽车开发的实际情况,提出了一套完整的燃料电池发动机试验方法和测试规范。其中,主要内容有测试项目和工况的制定、试验过程及其试验方法的提出,如常温启动性能试验、工况法试验、环境温度适应性考核、工况循环测试、可靠性考核等。