用于测试燃料电池发动机高原和高空性能的试验系统

摘要

本发明公开了一种用于测试燃料电池发动机高原和高空性能的试验系统。本发明高原环境模拟试验舱分别连接低气压模拟与控制系统、温度模拟与控制系统、湿度模拟与控制系统和送风系统；低气压模拟与控制系统通过真空泵抽真空的方式降低整个高原环境舱内的大气压力，温度模拟与控制系统中低温模拟通过制冷的方式实现，高温模拟通过电加热的方式实现，湿度模拟与控制系统是通过加湿和除湿的方式模拟高原和高空湿度环境，高原环境模拟试验舱内安装燃料电池发动机测功台架，燃料电池发动机测功台架上依次安装燃料电池发动机、DC/DC变换器、电动机和测功机。本发明可以评价燃料电池发动机性能0到6000m海拔高原和高空适应性，为燃料电池发动机关键技术研究及相关标准的制定提供支撑。

说明书

技术领域

本发明涉及燃料电池发动机领域，更具体地说，是涉及一种用于测试燃料电池发动机高原和高空性能的试验系统。

背景技术

燃料电池发动机具有零噪声、零排放、噪音低、红外辐射弱等特点，将会在无人机、车辆等特殊装备上得到应用。目前，国内燃料电池技术的商业化利用已经具备一定规模，燃料电池在军事装备上的应用研究也已经起步。随着军事装备的复杂化、作战空间的多维化和战场环境的多样化，必将对新燃料电池的战场环境适应性提出了更高要求，因此开展燃料电池战场环境适应性研究是非常必要的。由于试验是检验燃料电池在论证、研制、定型、生产和装备部队等各个阶段是否达到预定目标的重要手段。

虽然国内的燃料电池技术的商业化利用已经具备一定规模，但是，国内鲜有学者针对车用氢燃料电池在高原环境(低氧气浓度、低温等)下的性能和耐久性改变以及应对措施开展研究。因此，本发明，建立燃料电池发动机高原和高空模拟试验系统，制定相应的试验方法，对提高燃料电池发动机高原适应性具有重要意义。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，针对高原战场环境提供一种用于测试燃料电池发动机高原和高空性能的试验系统。

本发明用于测试燃料电池发动机高原和高空性能的试验系统，由高原环境模拟试验舱、低气压模拟与控制系统、温度模拟与控制系统、湿度模拟与控制系统、送风系统以及燃料电池发动机测功台架组成；高原环境模拟试验舱分别连接低气压模拟与控制系统、温度模拟与控制系统、湿度模拟与控制系统和送风系统；高原和高空环境模拟舱是能够承受高原低气压、高低温和湿度环境的密闭空间，低气压模拟与控制系统通过真空泵抽真空的方式降低整个高原环境舱内的大气压力，温度模拟与控制系统中低温模拟通过制冷的方式实现，高温模拟通过电加热的方式实现，湿度模拟与控制系统主要是通过加湿和除湿的方式模拟高原和高空湿度环境，高原环境模拟试验舱内安装燃料电池发动机测功台架，燃料电池发动机测功台架上依次安装燃料电池发动机、DC/DC变换器、电动机和测功机。

所述高原和高空环境模拟舱是承受大气压力：101～47kPa；温度：-45℃～+70℃；湿度：15％～95％范围的密闭空间

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

目前，燃料电池发动机性能试验研究多集中在平原地区，如GB/T24554-2009《燃料电池发动机性能试验方法》仅规定了平原常温条件下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。而对极端低温、低气压环境对燃料电池发动机性能的影响研究较少。

燃料电池是一种将氢和氧的化学能通过电化学反应直接转换成电能的装置。空气是燃料电池电化学反应的氧化剂，为保证电堆中电化学反应的连续进行，必须向电堆持续提供一定压力和流量而且经过良好过滤的空气。而高原地区大气压力低、温度低，直接影响燃料电池发动机的能量转换效率，因此开展极端低温、低气压环境对燃料电池发动机性能影响研究意义重大。

本发明提出的燃料电池发动机高原和高空性能模拟试验系统，旨在考核和评价燃料电池的高原(高空)环境适应能力。能够在0至6000m海拔的大气环境条件(大气压力：101～47kPa；温度：-45℃～+70℃；湿度：15％～95％)下，对燃料电池发动机性能进行模拟试验，评价燃料电池发动机性能0到6000m海拔高原和高空适应性，为燃料电池发动机关键技术研究及相关标准的制定提供支撑。

附图说明

图1是本发明结构原理框图。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明燃料电池发动机高原和高空性能测试系统如图1所示。用于测试燃料电池发动机高原和高空性能的试验系统，由高原环境模拟试验舱、低气压模拟与控制系统、温度模拟与控制系统、湿度模拟与控制系统、送风系统以及燃料电池发动机测功台架组成；高原环境模拟试验舱分别连接低气压模拟与控制系统、温度模拟与控制系统、湿度模拟与控制系统和送风系统；高原和高空环境模拟舱是能够承受高原低气压、高低温和湿度环境的密闭空间，低气压模拟与控制系统通过真空泵抽真空的方式降低整个高原环境舱内的大气压力，温度模拟与控制系统中低温模拟通过制冷的方式实现，高温模拟通过电加热的方式实现，湿度模拟与控制系统主要是通过加湿和除湿的方式模拟高原和高空湿度环境，高原环境模拟试验舱内安装燃料电池发动机测功台架，燃料电池发动机测功台架上依次安装燃料电池发动机、DC/DC变换器、电动机和测功机。

该系统能够在平原地区再现0至6000m海拔的大气环境条件(大气压力：101～47kPa；温度：-45℃～+70℃；湿度：15％～95％)，并能够在0到6000m海拔环境条件下对燃料电池高原和高空性能进行试验、标定与评价和关键技术研究，以及相关试验方法和技术标准的制定。

该燃料电池高原和高空性能模拟试验系统主要由高原环境模拟试验舱、低气压模拟与控制系统、温度模拟与控制系统、湿度模拟与控制系统、送风系统以及燃料电池发动机测功台架组成。

1)高原和高空环境模拟舱

高原和高空环境模拟舱是能够承受高原低气压、高低温和湿度环境的密闭空间，能够承受海拔6000m(47kPa)的低气压、-45℃～+70℃和15～95％的高原环境温度和湿度变化。

2)低气压模拟与控制系统

低气压模拟与控制系统通过真空泵抽真空的方式降低整个高原环境舱内的大气压力，实现高原低气压环境的模拟与控制。

3)温度模拟与控制系统

温度模拟与控制系统是通过温度环境模拟技术，在高原和高空环境模拟试验舱内模拟高原和高空、低温环境。低温模拟通过制冷的方式实现，高温模拟通过电加热的方式实现。

4)湿度模拟系统

湿度模拟与控制系统主要是通过湿度环境模拟技术，在高原环境模拟试验舱内通过加湿和除湿的方式模拟高原和高空湿度环境。

5)送风系统

送风系统是实时向高原环境模拟舱内供给新鲜的空气，保证燃料电池工作的空气需求。

6)燃料电池发动机测功台架

燃料电池发动机测功台架是利用测功机作为加载装置模拟真实工况，按照测试标准向燃料电池发动机提供负载。发动机工作过程中，随着输出功率的增加，输出电压降低，DC/DC变换器将母线电压保持在一定范围内，此时驱动器控制交流电机运行，交流电机输出轴将机械功率传递到测功机上，利用功率分析仪测量出输出电流电压，计算出输出功率。