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燃料電池發動機測試方案

質子交換膜燃料電池發動機(PEM Fuel Cell System, PEMFCsys)是將燃料電池堆(Fuel Cell Stack, FC Stack)為主要以電化學反應進行發電,結合系統周邊元件(Balance of Plant, BOP)提供給燃料電池堆的外部氫氣壓力調節、空氣輸送供給、燃料電池堆散熱、輸出與供給電力控制…等模塊化整合,并組裝成為一套氣轉電(Gas to Power)的獨立發電單元。然而,燃料電池堆的輸出功率能決定燃料電池發動機的總輸出功率,間接影響系統周邊元件硬體規格范疇與元件成本,整體系統從開發到生產的階段,系統測試范疇會依照各周邊元件的開發進度下有所不同,因此系統測臺配置彈性的需求設計亦為重要的考量因素。

Chroma燃料電池發動機自動測試整合系統(PEM Fuel Cell System ATS 8000)的設計上分成電力測試子系統與水氣測試子系統兩大部分。
前者Chroma能提供燃料電池發動機所需的電源與負載,有多樣單機種類可供客戶選擇。如燃料電池堆負載所需的直流電子負載(DC Load)與系統周邊元件供電所需的直流電源供應器(DC Source)的設計配置;后者由Chroma與協力廠商合作開發燃料電池發動機用的水氣臺架(Gas-Cooling Test Bed),并以分成氣體供應模塊(Gas Supply Module)、尾氣排放模塊(Vent/Drain Module)和燃料電池堆散熱模塊(Cooling Supply Module for FC Stack)滿足燃料電池發動機外部的氣體監控與控制、氫氣空氣混合排放氣體處理與燃料電池堆內部散熱與溫度控制的標準化水氣測試需求外,可整合環境倉、BOP散熱模塊...等硬體功能達成客制化測試整合需求。

兩大子系統會由Power Pro 5 with UI整合測試軟件提供可編程負載控制、自動/手動測試、待測物狀態控制與監控、遠端控制單機...等功能外,透過Gateway以Real-Time的方式擷取多單機的原始數據(Raw Data)存取,以利于系統的分析試驗結果。

 

水氣測試子系統 Fuel & Cooling Test Solutions

氣體供應模塊(Gas Supply Module)
尾氣排放模塊(Vent&Drain Module)
燃料電池堆散熱模塊(Cooling Supply Module for FC Stack)

 

電力測試子系統 Power Electronics Test Solutions

ATS 8000測試整合平臺(Power Pro 5 with UI)
直流電子負載(DC Electronic Load/ DC Regen. Load)
直流電源供應器(DC Power Source)

 

  基礎測試架構

以Chroma的軟件平臺為核心,透過Gateway以標準配置或客制化的單機進行控制與監控外,并納入燃料電池發動機中的燃料電池發動機控制單元(Fuel Cell Control Unit, FCCU)與多電壓巡檢單元(Cell Voltage Monitor, CVM)進行通訊整合,顯示燃料電池發動機的標準顯示資訊且下達已撰寫好操作狀態值進行基礎功能控制。

標準化單機:直流電子負載、直流電源供應器、氣體供應模塊、燃料電池堆散熱模塊、測臺控制系統。
客制化單機:資料擷取模塊、環境倉、系統周邊元件散熱模塊...等。

 

  法規測試情境

  • 啟動/停止特性試驗:當燃料電池發動機啟動時,從「冷機/熱機狀態?待機狀態」開關機流程的電力測試。
  • I-V curve 特性試驗:從燃料電池發動機的待機狀態為起始,燃料電池堆的電力負載階梯式拉載或降載,以確認燃料電池堆的基礎電性功能。
  • 額定功率與穩態特性試驗:從燃料電池發動機的待機狀態為起始至固定負載時,電力負載達燃料電池堆的額定功率,并維持1hr以上的測試試驗。
  • 峰值功率特性試驗:從燃料電池發動機的待機狀態為起始至固定負載時,當電力負載達燃料電池堆的峰值功率(約90%的電力出力)的試驗。
  • 低載功率穩定特性試驗:從燃料電池發動機的待機狀態為起始至固定負載時,當電力負載低至燃料電池堆額定功率(約20%的電力出力)的試驗。
  • 動態響應特性試驗:從燃料電池發動機的待機狀態為起始至動態負載時,當電力負載達燃料電池堆的動態變動(約20~90%的電力出力)的試驗。
  • 絕緣阻抗特性試驗:當燃料電池發動機狀態測試前后且于冷機/熱機的停止狀態時,進行負載端對殼體的絕緣阻抗測試。

 

 滿足多樣電力測試情境

適用范圍:

  1. FC System(Unit) 燃料電池發動機單體
  2. FC System(with Power Unit) 燃料電池發動機(含PDU與DC/DC Booster)
  3. FC System(with Battery) 燃料電池發動機(含輔助電池與BUS)
  4. FC System in Hybrid Electric Vehicle 燃料電池電動車
ATS 8000 with IPC 控制平臺單機
Power Pro 5 with UI 整合測試軟件
直流電子負載 DC Power/Regen. Load
Chroma 63000A
Chroma 63000E
一般可編程的電子負載
Chroma 62000D
Chroma 17040*
Chroma 17040E*
雙向直流電源供應器
*能源回收式電子負載
直流電源供應器 DC Power Source
Chroma 62000H 單向直流電源供應器
Chroma 62000D
Chroma 17040**
Chroma17040E**
雙向直流電源供應器
**電池模擬器
水氣測試平臺  Gas-Cooling Test Bed
氣體供應模塊 (Gas Supply Module)
尾氣排放模塊 (Vent&Drain Module)
燃料電池堆散熱模塊 (Cooling Supply Module for FC Stack)
 

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