汽車氫燃料電池系統及電堆測試臺架系統校準方法

摘要：通過對汽車氫燃料電池系統及電堆測試臺架工作原理及目前行業標準的研究，介紹了氫燃料電池的發展前景以及臺架在電堆生產、試驗過程中的重要性。并針對臺架的在線系統整體校準，提出了具體的校準操作方法。

關鍵詞：電堆測試臺架；燃料電池；校準方法

0 前言

氫燃料電池是目前一種大力推廣且已廣泛應用的新型能源，它采用的燃料和氧化劑分別是氫氣和空氣，通過二者的作用實施逆電解水的電化學反應來產生電能，具有低污染、可再生、轉化效率高、低噪聲等各種優點，有取代傳統燃料能源的趨勢，是未來汽車工業可持續發展的重要方向［1］。而汽車氫燃料電池系統及電堆測試臺架（以下簡稱“臺架”）在保證燃料電池研發過程中獲得性能參數數據的準確性上有著十分重要的作用。

目前對各規格臺架的校準方法大多為將臺架管路中各類傳感器拆卸進行獨立校準，此方法得到的數據僅能夠體現獨立傳感器計量性能的優劣，無法對臺架系統整體的計量性能進行評判，同時傳感器的拆裝影響了臺架內管路的整體密封性，存在影響試驗數據的可靠性風險。為了能夠使臺架在試驗過程中提供更加精確的試驗數據，如何對臺架進行更為系統、更全面的評價是目前各大校準機構有待解決的問題。

1 汽車氫燃料電池系統及電堆測試臺架系統的工作原理

臺架的主要作用是對不同品牌燃料電池的各項性能進行測試和評估，如輸出功率、效率、穩定性、耐久性等方面。測試結果可以幫助工程師和生產商了解燃料電池組件和系統的表現，發現問題并加以改進，提高產品質量和可靠性。

臺架根據功能需要，在結構設計上大部分分為氣體供應單元、水熱管理單元、氮氣吹掃單元、電子負載單元、數據采集及控制單元等模塊［2］。各主要模塊的基本功能為：

（1） 氣體供給單元和壓力控制單元通過氣體質量流量控制器精確控制氣體供給，根據工作功率設定氣體流量大小，在規定的壓力條件下保證陰陽極氣體供給；

（2） 水熱管理單元負責對電池的熱管理，對電堆進行加熱/冷卻，保證電堆在正常溫度運行；

（3） 氮氣吹掃系統：使用惰性氣體吹掃置換管路及電堆內部的氫氣、空氣，充滿陰陽極兩側，為臺架提供安全保護；

（4） 電子負載單元：電子負載控制軟件集成于控制系統內部，可以通過測試臺內部管理軟件對負載進行開斷、加載等控制。

2 汽車氫燃料電池系統及電堆測試臺架系統的校準方法

對壓力、溫濕度流量參數的校準方法是將各個標準器集成連接至臺架氫氣、氧氣及冷卻水三路循環管路中，校準環境模擬臺架的工況。對臺架系統的校準根據設備的實際使用需求，分別對陽極管路進出口、陰極管路進出口、水路進出口共6 個位置的壓力、溫濕度通道參數；對3 個管路中的氣體、液體流量參數及對臺架系統的電子負載中的直流電壓、直流電流參數進行校準。各通道計量特性［3］如表1 所示。