神力科技150kW燃料电池发动机测试系统产品说明书

150kW燃料电池发动机测试系统产品说明书
1公司&测试台概述
公司简介
上海神力科技成立于1998年，是上海市高新技术企业、科技小巨人企业、专精特新中小企业。

公司建有上海市企业技术中心、燃料电池电堆及材料工程技术研究中心、燃料电池数据分析及检测服务平台。

公司拥有一个具有CNAS认证的燃料电池测试中心，一个院士专家工作站。

自“九五”开始，公司承担国家及上海市、区级等燃料电池相关重大科技攻关项目已超过40项。

公司多年来一直致力于质子交换膜燃料电池和相关测试设备研发及产业化，深耕燃料电池测试领域，经过多年持续不断的投入和潜心研制，已开发出全功率段燃料电池测试设备系列，具备“精准、精品、全方位”的测试能力。

测试台开发背景
公司多年来一直致力于质子交换膜燃料电池和相关测试设备研发及产业化，深耕燃料电池测试领域，经过多年持续不断的投入和潜心研制，已开发出全功率段燃料电池测试设备系列，具备“精准、精品、全方位”的测试能力。

国内燃料电池行业日益增长，燃料电池行发动机的测试需求不断增长，国外引进燃料电池发动机测试台设备成本高，售后保障困难，国内还没有企业具备开发此类优良品质产品的技术能力，并且国外厂家产能有限，很多燃料电池企业甚至面临有钱都订不到货的情况。

神力科技组织资深工程师团队开发实用性更高、成本更低、功能更完善的燃料电池发动机测试台，很好的解决现阶段行业对测试台的迫切需求，填补国内此类设备的空白。

神力科技产品的性价比高，更贴合用户的使用需求；其产品的开发，是基于神力二十多年燃料电池测试经验，熟知开发所需的各项测试要求，售后保障优良，克服了进口产品的各项先天不足，更贴合实际燃料电池发动机测试的需求。

测试台架对电堆提供氢气和循环水的流量、压力、温度控制等功能，既方便高校课题研究及教学实践的开展，又能满足燃料电池发动机研发测试机构的高精度大量程的测试。

测试台开发历程
2016年：完成30kW60kW燃料电池系统测试台开发。

2017年：完成100kW燃料电池系统测试台开发。

2018年：完成单机功率最大250kW、双机300kW燃料电池系统测试台开发。

2021年：全国范围内系统测试台累计销售量超过80台。

2总体概述交付内容
使用环境
设备接口
外观概述
测试设备尺寸：1640mm x1460mm x2000mm(LxWxH)；
系统架构
●气路系统：提供发动机或测试设备所需的氢气、氮气、压缩空气等；
●电堆温控系统：对发动机进行温控；
●BOP温控系统：提供发动机BOP辅助冷却系统；
●尾排系统：尾排冷却、汽水分离及氢气浓度监测等；
●冷水路系统：提供冷却所需冷水，一般由冷水机组提供；
●电气及控制系统：供电，数据采集、存储，通讯，控制，人机交互
等；
●电子负载系统：采用回馈式直流电子负载；
●测试对象：燃料电池发动机，由测试方提供；
●冷水机组：由实验室提供，温控所需冷却水；
●测试连接件：实验室工位与测试台连接管阀件等，测试台与测试对
象连接管线等。

设备不会对用户电网造成干扰，不会影响用户仪器、设备的正常使用。

该系统所有设备甚至包括技术规格书中没有提到的每个详细构件是全新的、未使用过的、功能完整、出厂前经过调试、可正常运转的。

3系统介绍
3.1系统参数
3.2设计标准
测试参考以下标准，但不限于以下标准：
GB/T28183-2011客车用燃料电池发电系统测试方法；
GB/T29126-2012燃料电池电动汽车车载氢系统试验方法；
GB/T24554-2022燃料电池发动机性能试验方法；
GB/T27748.1-2011固定式燃料电池发电系统第1部分：安全；
GB/T20042.5-2009质子交换膜燃料电池+第5部分：膜电极测试方法；
GB/Z21742-2008便携式质子交换膜燃料电池发电系统；
GB/Z27753-2011质子交换膜燃料电池膜电极工况适应性测试方法；
GB/Z33979-2017质子交换膜燃料电池发电系统低温特性测试方法；
GB/Z31035-2014质子交换膜燃料电池电堆低温特性试验方法；
GB/Z34593-2017燃料电池发动机氢气排放测试方法；
GB4962-2008氢气使用安全技术规程；
GB/T3634.1-2006氢气第1部分工业氢；
GB/T3634.2-2011氢气第2部分：纯氢、高纯氢和超纯氢；
GB/T26990-2011燃料电池电动汽车车载氢系统技术条件；
GB/T20042.2-2008质子交换膜燃料电池电池堆通用技术条件；
GB/T26779-2011燃料电池汽车加氢口；
CB/T3616-2017管路压力试验要求；
GB50235-2010工业金属管道工程施工规范；
GB50516-2010加氢站技术规范
GB/T18216.1-2012交流1000V和直流1500V以下低压配电系统电气安全防护措施的试验、测量或监控设备第1部分：通用要求；
GB/T18216.2-2012交流1000V和直流1500V以下低压配电系统电气安全防护措施的试验、测量或监控设备第2部分：绝缘电阻；
GB/T18216.4-2012交流1000V和直流1500V以下低压配电系统电气安全防护措施的试验、测量或监控设备第4部分：接地电阻和等电位接地电阻；
GB3836.1-2010爆炸性环境第一部分：设备通用要求；
3.3功能特点
●功能测试：可提供燃料电池发动机运行所需要的一切必要条件，如高精
度的气体流量控制功能，快速、宽范围的入口温度温度控制功能等。

●通讯功能：多种通讯方式并存：LAN、RS485、RS232、CAN2.0、以太网接
口，可通过标准MODBUS TCP或者MODBUS RTU协议将设备集成到现有系
统内。

具备燃料电池发动机（FCE）与整车控制器（VCU）信号互交功能：如能接收启停信号，使能信号，功率请求值，允许加载值等。

●数据采集监控和控制：具备气体流量、气体压力、气体温度、气体湿度、
电流、电压、功率的在线监控、测量和控制；具备负载系统电压、电流
及功率检测，负载加减载控制；具备高压/低压电源系统的电压、电流、
功率控制；通过中控系统与电子负载、配电柜、高压/低压电源系统、接
触器、电磁阀、继电器等元器件通讯并实施控制。

同时可对台架所有参数进行标定。

在线可通过实时曲线、数据显示表以及结构界面等多方位的监控途径获取在各环节的压力、温度、电流、电压、功率、气体流量等参数的实时数据，实现实时数据的监控功能，亦可通过调取历史数据，以查看历史图表的形式获取数据的动态曲线，实现监控功能。

同时具备故障诊断、故障报码及故障数据回放等功能。

用户可同时对发动机部分参数进行状态监测，例如电流电压、单片电压、水泵转速、空压机转速等。

控制功能分为PID控制、液位控制、测试台状态机、功能控制、数据计算等，其控制原理主要通过中控系统与热管理系统配合电子负载、高/低压电源、接触器、电磁阀、继电器等元器件通讯实施控制。

●数据存储功能：具备数据库存储功能，提供数据库存储、查询、数据分
析、自动生成用户指定形式检测报告，并开放数据库接口，支持远程访问数据库，协助用户开发数据库分析软件。

上位机软件支持XLS、CSV、TXT工况参数导入功能。

●操作界面：支持dbc文件导入上位机；具备台架参数设置、工况参数设
置、PID工况图、工况曲线、测试台报警、被测对象报警、数据存储支持.CSV格式、报告生成功能；具备易于识别及操作上位机界面系统；具备独立控制操作平台及界面，控制及操作系统具备与FCU通讯和数据交互功能；可实现主界面、参数和工况同时监控功能。

氢气空气入口段设有流量温度压力仪表，冷却液入口段设有流量计并可实时与上位机界面通讯。

上位机系统可通过CAN与FCU通讯，实时监测读取并存储发动机系统各设备状态。

●零部件运行检测功能：可实现燃料电池发动机零部件状态监测，包括水
泵、空压机、氢气循环泵等。

●报警系统：报警分三级：①三级报警：具备实时报警，但不作任何应急
处理，仅灯光（黄色）提示；②二级报警：进行发动机降载关机，灯光（黄色）提示并蜂鸣报警。

③一级报警：具备实时报警和应急处理功能，当设备出现一级报警时，设备会立刻停止当前的测试，测试台恢复至初始状态，进行氮气吹扫并声光（红色）报警；用户可自主通过急停按钮进行测试设备和测试急停处理。

报警功能还可以通过上位机界面读取历史报警信息，并在原始保存数据文件中存有历史报警记录。

用户可自主设定保护系统编辑，添加任意传感器、报警判定方式、报警值和延迟时间。

●工况运行：工况运行具有自动工况模式、电流模式和手动模式三种，自
动运行模式允许24小时或连续多天无人值守运行，可通过自动工况表单对所有可设定参数进行控制，对所有可监测参数进行参数显示及对比；
电流模式下，用户设定电流值、运行时间和配置表单，软件根据配置表单自动执行每一工步的状态；三种模式满足用户的不同使用习惯。

手动模式简洁明了易上手，自动模式和电流模式用户可编辑各种测试工况或一件调用，满足长时间无人值守自动运行。

●安全联动：具备故障报警、安全保护和紧急停止功能，为试验者和被试
件提供一个安全的试验环境。

系统设置相应的电气/机械安全连锁装置，避免误启动和误操作；在控制间和试验区安装急停按钮，以便在出现紧急情况下安全停机，配置两类急停按钮：一类控制试验设备的急停，一类控制试验设备和气源的急停；在必要时，试验系统可自动紧急停止工作，显示停止工作的原因；停电时，试验系统应在保证被试件安全的条件下停止工作；重新通电后，试验系统处于安全状态，不会自动工作。

测试台具备安全互锁保护功能，如在线氢气泄漏报警、在线绝缘检测、紧急停机、排风装置、气体超压及超温、冷却液超压等，保证被测发动机及测试人员的安全。

具备接地保护和环境温湿度实时监控功能；配备不间断保障设备，保证测试台架测试数据的保存、被测对象安全卸载、供气阀门关闭等应急安全处理措施；具备独立安全控制模块，在主控PLC 失效的情况下，测试台仍可完成相应保护措施。

●测试曲线自动生成功能：根据监控和采集数据可按参数名称自动生成测
试曲线包括燃料电池发动机的功率/效率曲线等，其曲线不仅可通过曲线颜色、曲线样式、曲线宽度等进行区分，还可通过图形工具选择对曲线进行局部放大、缩小、拉长等，并保存曲线数据。

●用户权限控制：管理员可自定义各级别的特权，可以定义多个用户并将
其匹配到不同的访问级别；例如测试员仅可进行软件使用和工况运行，测试工程师可进行工况编辑，测试主管可进行PID调节、报警信息设置、传感器量程标定等。

●控制硬件：电脑（台式）：1台主机，2个24寸显示器，可稳定快速运
行LABVIEW等试验需求软件；CPU：Intel酷睿I73.6GHz；内存：16GB；
硬盘：512G SSD+1TB上；USB口6个，串口2个；主板集成10/100Mbps 自适应网卡；支持Windows XP/WIN7/WIN10。

●软件：基于PLC的测试平台主控系统,2016年以来有近百台基于PLC开
发的实际案例，具备软件独立开发能力及扩展功能，支持未来技术升级；
我方设备控制器具备完全自主知识产权燃料电池测试系统控制软件终生免费使用和升级服务，并做出升级策略，提供的所有软件产品都具有在中国境内的正式合法使用权。

3.4液压升降平台
3.5电子磅秤
3.6绝缘测试仪
3.7功率分析仪
3.8便携式氢气泄露检测仪
3.9测试台重要监测参数
26BOP冷却液进口温度1辅助水路
27BOP冷却液出口温度1辅助水路
序号测试台参数测试台单位（国际单位制）1温度℃
3压力kPa
4气体质量流量SLPM
5水流量LPM
6湿度%RH
7氢浓度ppm
8电导率μs/cm
9电流A、mA
10电压V、mV
11电阻Ω、mΩ
12时间s、min、h
13开度%
3.10精度/选型
3.11第三方计量的零部件清单
序号名称位置
1氢气流量计氢气入发动机口
2冷却水流量计冷却水回路1个
3温度传感器氢气入发动机口、冷却水入/出发动机口4压力传感器氢气入发动机口、冷却水入/出发动机口5电导率传感器主冷却水回路
6回馈式电子负载电压及电流精度
7高压电源电压及电流精度
3.12设备功能
具备进行GB/T24554发动机性能测试的能力，如下；
测试功能：
●GB/T24554-2022启动特性试验
●GB/T24554-2022热启动试验
●GB/T24554-2022额定功率试验
●GB/T24554-2022峰值功率试验
●GB/T24554-2022动态响应特性试验
●GB/T24554-2022稳态特性试验
●GB/T24554-2022紧急停机功能试验
●GB/T24554-2022燃料电池发动机气密性试验
●GB/T24554-2022绝缘电阻测试
●燃料电池发动机质量测试
●燃料电池发动机耐久性测试
●燃料电池发动机性能标定
●配合环境舱进行燃料电池发动机低温冷启动
●内阻测量：提供内阻测量的接口，需要外接内阻仪进行内阻测量
3.13备品备件清单
1去离子罐IC-093-08戴纳林美国1个
2断路器T1N160TMD R32
FC4P
ABB瑞士1个
3固态继电器及其
散热器
SSR-1D48100志特中国1个
4变频器A90-4T2R5B正弦中国1个
5熔断器及其熔断
体
RT18-32系列16A德力西中国1个
6熔断器及其熔断
体
RT18-32系列6A德力西中国1个
7熔断器及其熔断
体
RT18-32系列4A德力西中国1个
8角座阀51420D8834511Gemu德国1个9角座阀51425D8834511Gemu德国1个
10电磁阀6281-EV-A13,OF
FVANM84-5-024/
DC-08*NA38
Burker
t
德国1个
11温度传感器TK50T-M8X15B/P
LA
kewill德国1个
12温度传感器TK50T-M6X7B/PL
B
kewill德国1个
13压力传感器KAP10-AB31AN14
M4B
kewill德国1个
14压力传感器KAP10-AB11AN14
M4B
kewill德国1个
15压力传感器KAP10-AB5AN14M
4B
kewill德国1个
备注：亿华通集团具备30台以上100-300kW燃料电池发动机测试台，长期备有维持设备运行的各类备品备件，可随时调取，维持本次招标方所招设备的运行稳定。

3.14施工边界
(1)本项目为交钥匙工程。

我方负责供货设备制造、包装、运输（含保险等各项费用）、厂区内二次运输、设备现场就位、设备安装调试、验收的全过程及其所需工具。

(2)我方负责将设备运行所需的水电气接口接到接入点，包括氢气管道、压缩空气管道、氮气管道、去离子水管道、冷却水管道、尾排管道、配电箱。

(3)我方根据现场提供的工作条件，负责水电气等接口到测试台架之间设备运行所需的所有通路的二次施工，以达到投标设备运行所需的工作条件。

包括氢气管道、压缩空气管道、氮气管道、去离子水管道、冷却水管道与测试台的管道连接，测试台尾排口与实验室相应尾排口的管道连接，测试台与配电箱之间的线缆连接，电源及负载与配电箱之间的线缆连接。

其中氢气管道和去离子水管道的管路和阀件材质为316不锈钢，压缩空气及氮气管道、冷却水管道和尾排管道的管路和阀件材质为304不锈钢。

非金属管路使用特氟龙软管或硅胶软管。

3.15软件界面举例
软件界面如下图所示
用户可设定两百余项报警参数，可设定报警值、延迟时间和报警等级。

报警显示分为当前报警和历史报警两部分，方便用户后期调查停机原因。

可设置三层用户访问；管理员可自定义各级别的特权；可以定义多个用户并将其匹配到不同的访问级别。

高级权限下，用户可以配置每一被控点的PID参数值，使整体控制精度更高、响应更快
长时间使用后或传感器年检后，如有参数漂移现象，通过高级权限可修改偏差值，保证测试准确。

4技术方案
4.1结构合理性
4.1.1尺寸介绍
主体尺寸：1640mm x1460mm x2000mm(LxWxH)，如图1所示；
图1
4.1.2外围功能设计说明
1、顶部设有通风口及三色灯，三色灯集成蜂鸣器功能；
2、显示器悬挂于左侧顶部，可前后、高低调节，双屏排列形式可处置、水平等多种形
式，示意图为常用水平排列形式，显示器集成USB接口；
3、键盘托突出于测试台，非使用状态可折叠；急停按钮、电源指示灯位于测试台右侧，
日常操作站立键盘位置可触碰急停按钮；
4、所有门板均可旋转开启或外部快速拆卸，以应对空间局促不便开门维修情况；
5、测试台右侧为19寸U型机柜，机柜内零件均为插入形式，机柜内集成工控机、直
流电源及电子负载，插入形式便利，维护仅需拆除螺栓直接拉出即可；
6、机械仓检修门、机械仓侧门可旋转开启或外部快速拆卸，以应对空间局促不便开门
维修情况；
7、设备外围配有拓展口，VGA、USB、网络接口,可根据实际情况进行增减，下图位置
为示意，可根据实验室布局进行任意方向预留。

8、所有的发动机接口集成在一张面板上，方便与发动机的连接。

4.1.3实验室对接设计说明
1、设备与实验室对接实际方案采用顶部对接形式，设备周圈无管路对接，接口信息如下
设备进口氢气进口1in 卡套氮气进口1in 卡套压缩空气进口螺纹快拧φ12×φ8mmPU 管补水口
1/2in 卡套冷却水进口
φ64mm 卡盘冷却水出口
φ64mm 卡盘尾排出口φ133mm 宝塔头
接口信息表
4.1.4检修窗口设计
如下图所示所以的门板以及检修口打开，可以非常方便的检修任何部件，柜体零部件接线均目视可见，查线、更换零部件便利，检修口为快拆形式，拆卸方便便捷。

排水球阀集中布置在下图框内，整齐排列无遮挡，可快速判断需排水部件。

测试台内部传感器均有校验、维护需求，在传感器实际布局中，所有传感器均考虑拆卸便利性，并预留足够工具使用空间。

整机检修窗口轴视示意图：如下图所示，整机检修门板打开后可做到更换维护所有部件。

4.1.5管路加工制造及设计
预制工作(在简易洁净室clean booth)
在现场的焊接工作降至最低量是必需的。

配管区必须在有洁净气的地方，在工作时维持风扇正常运转，于早、中、晚用O2检视器检查氧气的浓度。

1)点焊
点焊使用TIG焊接，点焊的点数按照下列规定。

(CAJON的焊机必需保证管子确实牢固，从完成的观点来看，最好不要使用手动的TIG焊接，因此点焊被省略)。

2)冲吹气体(Back seal gas)使用氩气，露点-80℃或更低，氧含量在0.1ppm以下，微粒(0.1um以上)含量为零。

3)冲吹用管套
连接冲吹气体管路与架设管路使用
4)预制程序
将工作管路两端套上管套，连接冲吹气体及阀
氩气冲吹(预先冲吹1分钟以上)
点焊
氩气冲吹
焊接(自动焊接)
氩气冲吹风(收尾冲吹1分钟以上)
5)装封(在Clean booth内进行)
完成焊接之后，在管内充满Ar气，而且用洁净的塑料纸在末端包裹两层。

如果末端的阀已经连接好了，把阀也用塑料纸裹起来。

现场工作规定
1)携入
材料必须置于特定的贮藏间，在工地现场或在材料间要提供暂时性的简易洁净室，所有材料要存放整齐。

在存放材料时，有电子抛光的管件必须和未经电子抛光的管件分开。

在尚未使用管件之前都不要将塑料封套打开直到现埸要使用时方可打开，并且不要将材料直接放在地上。

2)切管
切管时，使用的自动切割机或手动切管器必须是专门设计的。

切管器的刀片与管件成垂直方向，当使用自动切割机时，放刀片的深度要能使管壁尚有薄薄的一层未切断，藉以防止切割时的碎屑进入管内。

3)倒角
原则上，在使用倒角机(TUBE SIZE用)或锉刀(PIPE SIZE用)时，小心地移开切割面。

如果切割面歪斜未成垂直，焊口松驰或管子弯曲等状况发生时，这种管路是不合规定，必须重新切割及配置。

当倒角时，在管的另一端必须用高洁净度的氮气冲吹(氮气要经0.02um的过滤器过滤)。

4)N2吹扫
将管内的微粒冲吹出来。

5)现场焊接
现埸焊接的人员必须经过高洁净度配管技术培训。

焊接工作
(i)原封至现埸。

(ii)先拆卸一端封套，并连接Back seal gas。

(iii)拆卸要焊接端封套，并冲吹干净。

(iv)连接后将一端之Back seal gas拆掉成出气端，并开始焊接。

管路维持条件
即使焊接结束，也要维持小量的N2或Ar在管内冲吹以防止空气流入管内。

无论如何也要想办法把管内的空气及微粒赶出来。

6)焊机电源
供给电源的电压的变动，对于管路焊接的品质影响甚巨。

使用自动焊接机的电源必需使用特定的整流器。

容许的电压波动AC100V±10%，AC200V±10%，在焊接进行时电压警报器一直监视着电压，如果电压超过可容许的范围时，警报器就会发出声音。

7)工作后的清洁
检视切割机的洁净度，保持机具不受油污，如果仍然看得见有油污或切割的碎屑残余，用GN2冲吹。

使用的N2必须经-80℃或更低的露点，经0.02um的过滤器干燥，用肉眼检查没有任何的水汽。

弯管作业规范
1、说明
本项说明Gas System施工时，如何使用工具PIPE BENDER来进行弯曲作业。

主要对象：SUS316BA管
2、配管切割
配管切割使用Tube Cutter(Pipe Cutter)工具。

切割深度：一次进刀过深会使切口变成椭圆，因此须慢慢进行。

把手每次旋转角度保持约30度就可。

切割完毕，管内面产生突屑会致使内径缩水，须用铣面Cutter清除。

3、配管弯曲作业应注意二原则
比较图面上两端、由短方面先开始弯曲，将较短尺寸配管上作记号、此部份应放在Bender左侧Set之。

进行弯曲时Latch固定Pipe、将手握住配管上面滑动，转动90度来完成弯曲。

Latch部位的伤痕在配管之端面，在Swagelok连接时会发生泄漏，需要特别注意。

两端一方弯曲180度(R弯曲)时，必须从180度弯曲方向作业。

这个时候R 弯曲尺寸在配管上做记号，而将此处置在Bender左侧予以Set之。

4、尺寸确定
从配管量尺寸用普通量尺就可。

已施于弯曲一次的配管，则使用T型特别量尺，由配管中心划线。

熔接规范
电源
1)使用Tester确认电压；
2)使用220V的场合要确认结线；
3)为保护配线，要使用附有漏电保护的插座；
4)接地线要用熔接机单独使用者。

氩气
1)Argon gas纯度达99.999%以上才予使用。

2)原则上使用液化Argon Gas。

3)熔接时氧化膜无法去除时要更换Gas。

钨棒Tungsten
1)研磨时不能偏颇。

2)产生熔接联珠或蛇行是钨棒研偏所致，要重磨。

研磨时使用研磨专用机。

3）Taper角度。

4）熔接产生Gap时，用Gap Gauge来修正。

熔接条件确认
1)使用Back Sealed Gas，Purge30分钟，流量为5l/min。

2)使用Date表确认Arc Gas Sealed Gas流量，并记入Data表。

Test熔接
1)使用对焊熔接制作样品。

2)熔接面联结、熔接程度、氧化膜产生程度都须确认。

3)确认后，无问题才正式进行熔接。

熔接作业重要事项
1)中心点偏移：钨棒与熔接面位置偏移。

钨棒之研磨角度不对。

2)熔接联珠不均：切割面90度未出来。

切割面有突起物。

钨棒消耗。

3)熔化不足：观察熔接时之熔接内面，调整电流。

4)过熔低陷：内气压力未控制好。

氧化膜除去作业基准
1)氧化膜除去，使用Stainless Brush Scotch Brush。

2)使用Stain Bright除去作业后，充分用纯水洗净。

3)水洗后，用氮气清除再用IPA洗净。

4)进行除去作业时，配管末端用盲Cap套住。

5)除去作业完成后，其外部用氮气清除尘埃。

6)收尾工程，配管内部用氮气清除。

清除用氮气
通过0.05um之Ceramic或Stainless过滤器，并在8kg/cm2的氮气压力下将管内清除。

冷却液管路
测试设备中冷却液管路对电导率有严格要求，冷水管路设计方案如下：
1.材料把控：冷水管路所涉及阀件、管路均采用食品级不锈钢316材质，焊接过程采用316焊丝，来料做材质检测。

管路采用卡盘连接，中间密封垫圈材质为食。