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燃料电池发动机总成测试解决方案

质子交换膜燃料电池发动机(PEM Fuel Cell System, PEMFCsys)是将燃料电池堆(Fuel Cell Stack, FC Stack)为主要以电化学反应进行发电,结合系统周边元件(Balance of Plant, BOP)提供给燃料电池堆的外部氢气压力调节、空气输送供给、燃料电池堆散热、输出与供给电力控制…等模块化整合,并组装成为一套气转电(Gas to Power)的独立发电单元。然而,燃料电池堆的输出功率能决定燃料电池发动机的总输出功率,间接影响系统周边元件硬体规格范畴与元件成本,整体系统从开发到生产的阶段,系统测试范畴会依照各周边元件的开发进度下有所不同,因此系统测台配置弹性的需求设计亦为重要的考量因素。

Chroma燃料电池发动机自动测试整合系统(PEM Fuel Cell System ATS 8000)的设计上分成电力测试子系统与水气测试子系统两大部分。
前者Chroma能提供燃料电池发动机所需的电源与负载,有多样单机种类可供客户选择。如燃料电池堆负载所需的直流电子负载(DC Load)与系统周边元件供电所需的直流电源供应器(DC Source)的设计配置;后者由Chroma与协力厂商合作开发燃料电池发动机用的水气台架(Gas-Cooling Test Bed),并以分成气体供应模块(Gas Supply Module)、尾气排放模块(Vent/Drain Module)和燃料电池堆散热模块(Cooling Supply Module for FC Stack)满足燃料电池发动机外部的气体监控与控制、氢气空气混合排放气体处理与燃料电池堆内部散热与温度控制的标准化水气测试需求外,可整合环境仓、BOP散热模块...等硬体功能达成客制化测试整合需求。

两大子系统会由Power Pro 5 with UI整合测试软件提供可编程负载控制、自动/手动测试、待测物状态控制与监控、远端控制单机...等功能外,透过Gateway以Real-Time的方式撷取多单机的原始数据(Raw Data)存取,以利于系统的分析试验结果。

 

水气测试子系统 Fuel & Cooling Test Solutions

气体供应模块(Gas Supply Module)
尾气排放模块(Vent&Drain Module)
燃料电池堆散热模块(Cooling Supply Module for FC Stack)

 

电力测试子系统 Power Electronics Test Solutions

ATS 8000测试整合平台(Power Pro 5 with UI)
直流电子负载(DC Electronic Load/ DC Regen. Load)
直流电源供应器(DC Power Source)

 

  基础测试架构

以Chroma的软件平台为核心,透过Gateway以标准配置或客制化的单机进行控制与监控外,并纳入燃料电池发动机中的燃料电池发动机控制单元(Fuel Cell Control Unit, FCCU)与多电压巡检单元(Cell Voltage Monitor, CVM)进行通讯整合,显示燃料电池发动机的标准显示资讯且下达已撰写好操作状态值进行基础功能控制。

标准化单机:直流电子负载、直流电源供应器、气体供应模块、燃料电池堆散热模块、测台控制系统。
客制化单机:资料撷取模块、环境仓、系统周边元件散热模块...等。

 

  法规测试情境

  • 启动/停止特性试验:当燃料电池发动机启动时,从「冷机/热机状态↹待机状态」开关机流程的电力测试。
  • I-V curve 特性试验:从燃料电池发动机的待机状态为起始,燃料电池堆的电力负载阶梯式拉载或降载,以确认燃料电池堆的基础电性功能。
  • 额定功率与稳态特性试验:从燃料电池发动机的待机状态为起始至固定负载时,电力负载达燃料电池堆的额定功率,并维持1hr以上的测试试验。
  • 峰值功率特性试验:从燃料电池发动机的待机状态为起始至固定负载时,当电力负载达燃料电池堆的峰值功率(约90%的电力出力)的试验。
  • 低载功率稳定特性试验:从燃料电池发动机的待机状态为起始至固定负载时,当电力负载低至燃料电池堆额定功率(约20%的电力出力)的试验。
  • 动态响应特性试验:从燃料电池发动机的待机状态为起始至动态负载时,当电力负载达燃料电池堆的动态变动(约20~90%的电力出力)的试验。
  • 绝缘阻抗特性试验:当燃料电池发动机状态测试前后且于冷机/热机的停止状态时,进行负载端对壳体的绝缘阻抗测试。

 

 满足多样电力测试情境

适用范围:

  1. FC System(Unit) 燃料电池发动机单体
  2. FC System(with Power Unit) 燃料电池发动机(含PDU与DC/DC Booster)
  3. FC System(with Battery) 燃料电池发动机(含辅助电池与BUS)
  4. FC System in Hybrid Electric Vehicle 燃料电池电动车
ATS 8000 with IPC 控制平台單機
Power Pro 5 with UI 整合测试软件
直流电子负载 DC Power/Regen. Load
Chroma 63000A
Chroma 63000E
一般可编程的电子负载
Chroma 62000D
Chroma 17040*
Chroma 17040E*
双向直流电源供应器
*能源回收式电子负载
直流电源供应器 DC Power Source
Chroma 62000H 单向直流电源供应器
Chroma 62000D
Chroma 17040**
Chroma17040E**
双向直流电源供应器
**电池模拟器
水气测试平台  Gas-Cooling Test Bed
气体供应模块 (Gas Supply Module)
尾气排放模块 (Vent&Drain Module)
燃料电池堆散热模块 (Cooling Supply Module for FC Stack)