基于流量计法的燃料电池汽车氢气消耗量检测方法研究

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1、学校代码：密级：公开如交乂孳硕士学位论文基于流量计法的燃料电池汽车氢气消耗量检测方法研究作者姓名卢丹学科专业检测技术与自动化装置指导教师田颖副教授培养院系机械与电子控制工程学院二零一五年六月硕士学位论文基于流量计法的燃料电池汽车氢气消耗量检测流量计法研究作者：卢丹导师：田颖北京交通大学年月学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解北京交通大学有关保留、使用学位论文的规定。特授权北京交通大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，提供阅览服务，并釆用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以

2、供查阅和借阅。同意学校向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。学校可以为存在馆际合作关系的兄弟高校用户提供文献传递服务和交换服务。保密的学位论文在解密后适用本授权说明）学位论文作者签名：导师签名：签字日期：丨年月曰签字曰期：年月义曰学校代码：密级：公开北京交通大学硕士学位论文基于流量计法的燃料电池汽车氢气消耗量检测方法研究作者姓名：卢丹学号：导师姓名：田颖职称：副教授学位类别：工学学位级别：硕士学科专业：检测技术与自动化装置研究方向：新能源检测技术北京交通大学年月致谢本论文工作是在导师田颖副教授的

3、悉心指导下完成的，田老师严谨求实的学术作风、敏锐的科研头脑和言传身教将令我受益终生。三年来，不论是在学业上还是在生活上，和蔼可亲的田老师总是给予我关心和帮助，在此向田老师表示衷心的感谢。感谢清华大学国家重点实验室的卢青春教授、聂圣芳老师、金振华老师对本课题的热心指导和无私帮助，感谢刘文斌工程师、李永利工程师、聂华威工程师的大力帮助。在撰写论文期间，感谢晁嫣萌，王巧致等同学对论文中存在的问题给予的热情帮助，更感谢他们陪伴我度过两年美好的学习生活。最后谢谢我的爸爸妈妈，是他们的支持和关爱使我能够在学校专心

4、完成学业。摘要摘要燃料电池汽车已成为解决全球环境与能源问题的理想方案之一，氢气消耗量的准确测量成为其研究、开发和示范运行迫切需要解决的问题。目前氢气消耗量检测的主要方法有质量法、温度压力法和流量计法。流量计法与质量法和温度压力法相比，能进行瞬态氢气消耗量的测量，而且可由试验台的应用扩展到实际燃料电池车的氢气消耗量检测中。因此，流量计法的研究具有更大的实用价值，但是现有的研究表明，流量计法在瞬态测量和车用条件下误差较大。课题调研和分析氢气消耗量检测流量计法发展现状，利用平台对科氏流量计进行建模及仿真分析

5、，得出不同介质对科氏流量计测量精度的影响。通过对各种流量标准装置的对比，确定了用音速喷嘴装置对质量流量计进行实流标定以提高其测量精度的方法。根据燃料电池汽车氢气消耗量检测流量计法的实际测试需求，确定了标定的氢气流量范围以及音速喷嘴装置的形式。针对现有的音速喷嘴氢气流量计标定装置，分析测控系统需要的功能，完成硬件系统的设计和硬件的集成及调试，基于集成环境幵发音速喷嘴氢气流量计标定装置测控系统软件，并完成软硬件系统联调。其次，确定音速喷嘴氢气流量计标定装置在实际应用中的数学计算模型，利用氢气的真实气体显式

6、亥姆霍兹能量方程，用非线性二元牛顿迭代法计算得出氢气的实际气体临界流函数。对装置不确定度进行分析，根据试验需求分析对装置结构进行优化，用质量法对装置不确定度进行验证试验。对影响装置流量稳定性的因素进行分析，针对气源压力的影响，设计气瓶组排架，根据流量稳定性评估方法，进行流量稳定性试验。根据音速喷嘴标定质量流量计的标定原理，提出分段线性插值的标定方法。最后，本文根据试验需求，确定了具体的试验流程，完成了试验前的准备工作。对试验过程中，两种质量流量计测量误差的来源进行理论分析和试验研究。在氮气及氢气环境下

7、，分别对热式流量计和氢气流量计进行标定试验，并对试验结果进行分析。此外，用热式控制器模拟实际工况，进行氮气放气试验，对科氏流量计和热式流量计的动态测量精度进行验证，确定标定后科氏流量计和热式流量计的动态测量精度，为燃料电池汽车氢气消耗量检测流量计法提供参考依据。关键词：氢气消耗量检测；流量计法；音速喷嘴；标定ABSTRACTABSTRACTAsfuelcellvehiclehasbecometheidealschemetosolvetheproblemofglobalpollutionandenerg

8、yshortage,theaccuratemeasurementofhydrogenconsumptionbecomesanurgentneed.Atpresent,therearethreehydrogenconsumptionmeasurementmethodsintheworld,whichareweight,temperaturepressureandflowmethod.Comparedwiththeothertwomethods,flowme