基于道路循环工况的燃料电池空压机瞬态性能试验研究

doi:10.19562/j.chinasae.qcgc.2022.08.016

摘要/Abstract

摘要：

燃料电池空压机的动态工作特性直接决定了燃料电池系统的实际工作性能。为通过试验系统地分析空压机的瞬态性能变化规律，搭建了空压机动态性能测试台，设计了一种可反映空压机真实工作特征的瞬态测试工况，分析了单个瞬态测试循环下空压机性能与运行参数的变化特性。结果表明，空压机在瞬态工况下的运行点主要位于稳态脉谱图的中间窄带部分，处于较高效率的工作区间；空压机的进出口流量差受压比和温度比共同影响而剧烈波动，且在高转速区域流量差较大，主要介于3.5~8.5 m³/h之间；高转速区域最大功率消耗达到5.6 kW，造成较大的寄生损失，而出口温度变化的敏感性较低；当空压机转速由9 750 r/min快速降低至4 450 r/min时，流量变化存在约2 s的滞后。

关键词: 燃料电池, 空压机, 瞬态性能, 试验研究

Abstract:

The real operating performance of fuel cell system directly depends on the dynamic working characteristics of its air compressor. In order to systematically analyze the changing law of the transient performance of air compressor by testing， a dynamic performance test bench for the air compressor of fuel cell is built， and a transient test condition reflecting the real operating characteristics of air compressor is devised， with which the performance of air compressor and the changing characteristics of its operating parameters under a single transient test cycle are analyzed. The results show that the operating points of air compressor in transient condition are mainly located in the middle narrow band， i.e. a high-efficiency working zone in the steady-state performance map. The inlet and outlet flow-rate difference of air compressor fluctuates drastically due to the joint-influence of pressure ratio and temperature ratio， with a larger flow-rate difference of 3.5~8.5 m³/h in high speed zone. The maximum power consumed in high-speed zone is up to 5.6 kW， causing a large parasitic loss， but its sensibility to outlet temperature change is relatively low. When the speed of air compressor sharply lowers from 9 750 r/min to 4 450 r/min， the change of flow-rate has a time lag of about 2 s.

Key words: fuel cell, air compressor, transient performance, experimental study

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参考文献 18

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参数	数值
空压机型式	单级、离心式、机械轴承
电机转速范围/（r·min^-1）	1 000-11 500
电机额定转速/（r·min^-1）	11 000
额定流量/（N·m3·h^-1）	120
空气流量范围/（m3·h^-1）	7-160
额定压力/kPa	90
排气压力范围/kPa	105-100
进气气压/kPa	-2-6
出口气温范围/°C	3-130
冷却方式	水冷
流量响应时间/s	<3
增速比	12.7

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