基于FMECA 方法的車用燃料電池發(fā)動機風(fēng)險評估

潘建欣, 何書默, 肖 敏, 胡 梅, 謝曉峰

(1. 武漢船用電力推進裝置研究所, 湖北 武漢 430064; 2. 武漢市氫燃料電池工程技術(shù)研究中心,湖北 武漢 430064; 3. 清華大學(xué) 核能與新能源技術(shù)研究院, 北京 100084)

1 前 言

燃料電池發(fā)動機是一種利用電化學(xué)原理將燃料化學(xué)能直接轉(zhuǎn)換為電能的發(fā)電裝置，與傳統(tǒng)熱機相比，具有清潔環(huán)保、高效率、低噪音等顯著優(yōu)勢[1-2]，是未來車輛動力系統(tǒng)的重要發(fā)展方向之一。隨著燃料電池的研發(fā)投入不斷加大，燃料電池發(fā)動機的功率密度、壽命等性能指標(biāo)不斷提高，成本顯著下降，已達到商業(yè)化示范階段。然而，當(dāng)前國產(chǎn)燃料電池發(fā)電機的可靠性較低，極大制約了燃料電池發(fā)動機的進一步推廣使用。

燃料電池發(fā)動機工作時燃料(氫氣)與氧化劑(空氣)以設(shè)定的流量、壓力、溫度和相對濕度被通入至燃料電池的陽極和陰極，在電堆中以對應(yīng)的操作電流和電壓發(fā)生反應(yīng)直接產(chǎn)生電能并排出生成反應(yīng)產(chǎn)物水，同時生成的廢熱需要通過外部換熱裝置排出。工作環(huán)境參數(shù)變化區(qū)間大，功率需求工況復(fù)雜多變導(dǎo)致燃料電池發(fā)動機的系統(tǒng)復(fù)雜程度較高，導(dǎo)致對燃料電池發(fā)動機的故障診斷及可靠性分析較難[3]。

燃料電池發(fā)動機的可靠性分析和設(shè)計是系統(tǒng)設(shè)計過程中所不可缺少的環(huán)節(jié)，其目的是為了分析設(shè)備的各組成零部件與系統(tǒng)之間的可靠性關(guān)系，得出燃料電池發(fā)動機失效原因組合方式，指導(dǎo)發(fā)動機設(shè)計全過程，從而針對故障率較高的失效模式進行優(yōu)化和改進，提升發(fā)動機系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性和可靠性[4]。……