1、動(dòng)力性

動(dòng)力性是指燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)為整車提供動(dòng)力輸出的能力及與之密切相關(guān)的性能，主要反映了燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)和評價(jià)人員對于其滿足整車行駛、加速、爬坡和用電要求的評價(jià)，動(dòng)力性指標(biāo)對于燃料電池動(dòng)力系統(tǒng)設(shè)計(jì)，參數(shù)匹配，燃料電池汽車整車動(dòng)力性指標(biāo)等都具有十分重要的指導(dǎo)和參考意義。

衡量燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力性的主要指標(biāo)包括:額定凈輸出功率、過載功率及過載功率持續(xù)時(shí)間、體積比功率、質(zhì)量比功率。

 

（1）、額定凈輸出功率

燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)在制造廠規(guī)定的額定工況下能夠持續(xù)工作的凈輸出功率，即燃料電池堆輸出功率減去輔助系統(tǒng)消耗功率后所剩的功率，單位為千瓦(kW) 額定凈輸出功率反映了燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)在最常用的額定工況下為整車提供功率輸出的能力。

（2）、過載功率及過載功率持續(xù)時(shí)間

過載功率反映了燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)在最高車速下的后備功率輸出能力，仍然由車輛行駛的功率平衡方程可知，它決定了整車在極限工況下的動(dòng)力學(xué)性能，過載功率持續(xù)時(shí)間與過載功率成對使用，單位為秒(s)。

（3）、體積比功率

燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)單位體積能夠輸出的額定功率，單位為kW/L  體積比功率反映燃料電池系統(tǒng)設(shè)計(jì)的空間緊湊程度，與汽車總布置形式密切相關(guān)。

（4）、質(zhì)量比功率

燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)單位質(zhì)量能夠輸出的額定功率，單位為kW/kg或W/kg，質(zhì)量比功率也稱為功率密度，反映燃料電池系統(tǒng)輕量化設(shè)計(jì)水平，對汽車輕量化設(shè)計(jì)具有重要意義，體積比功率和質(zhì)量比功率是燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)的重要性能指標(biāo)，能夠反映其系統(tǒng)集成度。

 

2 、經(jīng)濟(jì)性

經(jīng)濟(jì)性是指燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)在滿足其他方面要求的前提下，盡可能少地消耗能源和成本的性能，經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)對于提高燃料電池汽車?yán)m(xù)駛里程，降低燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)和燃料電池汽車的成本并促進(jìn)其商業(yè)化具有重要意義。經(jīng)濟(jì)性主要指標(biāo)包括:額定功率下的發(fā)動(dòng)機(jī)效率、額定功率氫消耗率、怠速氫消耗率、有效氫利用率及單位功率成本等。

 

（1）、額定功率下的發(fā)動(dòng)機(jī)效率

燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)在額定功率輸出時(shí)，凈輸出功率與進(jìn)入燃料電池堆的燃料熱值(低熱值)之比。該指標(biāo)為最常用的衡量經(jīng)濟(jì)性的指標(biāo)。

（2）、額定功率氫消耗率

燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)在額定功率輸出狀態(tài)下單位時(shí)間的氫消耗量，單位為g/s ，額定功率氫消耗率與燃料電池汽車的續(xù)駛里程密切相關(guān)。

（3）、怠速氫消耗率

燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)在怠速狀態(tài)下單位時(shí)間的氫消耗量，單位為g/s，燃料電池汽車工況復(fù)雜多變，而怠速是汽車經(jīng)常遇見的情況。盡管在混合動(dòng)力系統(tǒng)中，燃料電池系統(tǒng)怠速與車輛的怠速并不同時(shí)出現(xiàn)，而且通過優(yōu)化系統(tǒng)配置和控制策略可以大幅減少怠速時(shí)間，但是怠速工況仍然會(huì)出現(xiàn)。

（4）、有效氫利用率

有效氫利用率是燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)在正常工作條件下，由燃料電池堆通過電化學(xué)反應(yīng)轉(zhuǎn)換為水的氫氣占總共所加注氫氣的質(zhì)量百分比，有效氫利用率通常小于100%，主要是由于陽極排放造成的。提高有效氫利用率，不但有利于提高燃料經(jīng)濟(jì)性，而且也有助于減少排氫。

 

3 、動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性

動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性是指燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)在非穩(wěn)態(tài)工況下的快速響應(yīng)能力，燃料電池汽車工況復(fù)雜多變，功率需求變化較大，要求燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)有好的動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性以及時(shí)滿足整車動(dòng)力需求 動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性的指標(biāo)包括:啟動(dòng)時(shí)間、零下冷啟動(dòng)時(shí)間、平均功率加載速率及0%-100%額定功率響應(yīng)時(shí)間等。

 

（1）、啟動(dòng)時(shí)間

燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)在室溫下(25℃)從開始啟動(dòng)到進(jìn)入怠速的響應(yīng)時(shí)間，單位為s。

（2）、零下冷啟動(dòng)時(shí)間

燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)在低于0℃溫度下從開始啟動(dòng)到進(jìn)入怠速的響應(yīng)時(shí)間，單位為s。在同樣的低溫下，該時(shí)間越短，燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)態(tài)性越好。

（3）、平均功率加載速率

燃料電池響應(yīng)整車控制器功率需求，給出的可以進(jìn)行變加載的速率，單位為kW/s。功率加載速率反映了運(yùn)行狀態(tài)下燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)水平。

（4）、0%-100%額定功率響應(yīng)時(shí)間

燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)從怠速狀態(tài)(0%額定功率)到額定輸出(100%額定功率)的響應(yīng)時(shí)間，單位為s。

 

4 、功率品質(zhì)

功率品質(zhì)是指燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)在工作過程中平穩(wěn)輸出電功率的性能，反映了燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)輸出功率的品質(zhì)，特別要求燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)輸出電壓應(yīng)保持一定的平穩(wěn)性，以利于直流變換器及其他高壓電器工作，其主要指標(biāo)包括:電壓范圍、額定功率下電壓波動(dòng)帶寬、過載工況下電壓下降百分比等。

 

（1）、電壓范圍

燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)在全工況下的電壓范圍，單位為Ⅴ。全工況電壓范圍包括了從燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)的開路電壓到最大電流密度下的電壓，反映了燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)的功率品質(zhì)。

（2）、額定功率下電壓波動(dòng)帶寬

燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)在額定功率輸出時(shí)電壓波動(dòng)的帶寬(幅度)，單位為Ⅴ。該指標(biāo)反映了燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)平穩(wěn)輸出額定功率的能力。

（3）、過載工況下電壓下降百分比

該指標(biāo)是指燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)在過載工況下相對于額定工況電壓下降的百分?jǐn)?shù)，若在過載工況下電壓下降過多，會(huì)造成輸出功率下降，無法滿足過載功率的輸出要求。

 

5 、環(huán)境適應(yīng)性

環(huán)境適應(yīng)性是指燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)適應(yīng)周圍環(huán)境的能力，主要反映了對于燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)在不同環(huán)境條件下均能按預(yù)期要求，可靠工作的特性。在設(shè)計(jì)燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)時(shí)，必須考慮滿足環(huán)境適應(yīng)性指標(biāo)，以保證燃料電池汽車能夠在各種環(huán)境下正常行駛。常見的適應(yīng)性指標(biāo)包括:最低啟動(dòng)溫度、工作環(huán)境溫度范圍、工作海拔范圍、存儲(chǔ)溫度范圍等。

 

（1）、最低啟動(dòng)溫度

燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)能夠啟動(dòng)成功的最低環(huán)境溫度，單位為℃。低溫啟動(dòng)是燃料電池汽車商業(yè)化的技術(shù)瓶頸之一。降低最低啟動(dòng)溫度，是提高燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)低溫適應(yīng)性的重要目標(biāo)。

（2）、工作環(huán)境溫度范圍

該指標(biāo)是指燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)可以非失效工作的環(huán)境溫度范圍。環(huán)境溫度主要對燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)散熱，進(jìn)氣溫度等有很大影響。

（3）、工作海拔范圍

該指標(biāo)是指燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)可以正常工作的海拔范圍。海拔影響進(jìn)氣壓力，越高往往越會(huì)導(dǎo)致功率下降。

（4）、存儲(chǔ)溫度范圍

燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)在存儲(chǔ)期間可能會(huì)經(jīng)歷諸如凍結(jié)/解凍循環(huán)，導(dǎo)致性能衰退，因此存儲(chǔ)溫度范圍也體現(xiàn)了其對環(huán)境的適應(yīng)性。

 

6 、可靠性

可靠性是指燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)在規(guī)定條件下和規(guī)定時(shí)間內(nèi)完成規(guī)定功能的能力。主要反映了燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)持續(xù)穩(wěn)定正確工作的特性，燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)的可靠性在很大程度上決定了燃料電池汽車整車的可靠性。

這里主要參考傳統(tǒng)發(fā)動(dòng)機(jī)的可靠性評價(jià)指標(biāo)，機(jī)械標(biāo)準(zhǔn)中給出的評定指標(biāo)是平均首次故障時(shí)間，平均故障間隔時(shí)間，當(dāng)量故障率及由此得到的綜合評定分?jǐn)?shù)。國家標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定要評定故障停車次數(shù)，首次故障的時(shí)間及平均故障時(shí)間。考慮到燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)自身的特點(diǎn)，結(jié)合常用的可靠性評價(jià)指標(biāo)，選定平均首次故障時(shí)間、平均故障間隔時(shí)間和平均修復(fù)時(shí)間三個(gè)指標(biāo)。  

 

（1）、平均首次故障時(shí)間

燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)在首次故障前所運(yùn)行的時(shí)間的平均值，單位為h。

（2）、平均故障間隔時(shí)間

燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)生相鄰兩次故障之間所運(yùn)行時(shí)間的平均值，單位為h。

（3）、平均修復(fù)時(shí)間

燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)修復(fù)故障所用時(shí)間的平均值，單位為h。

 

7 、耐久性

質(zhì)子交換膜燃料在平穩(wěn)工作時(shí)壽命可以高達(dá)到100000h，但是在汽車應(yīng)用中，往往無法達(dá)到上述期望值，燃料電池汽車耐久性主要受燃料電池性能衰退和壽命極限影響。

（1）、發(fā)動(dòng)機(jī)壽命

燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)壽命，以額定功率輸出衰減到原來的90%的工作時(shí)間來評價(jià)，單位為h。

（2）、電壓衰退率

對車用燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)在實(shí)際運(yùn)行條件的性能變化進(jìn)行數(shù)據(jù)跟蹤，可以得到燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)際運(yùn)行中輸出電壓的緩慢變化，即同樣電流(電流密度)及工作條件下，輸出的功率降低了  以小時(shí)為間隔的電壓衰退率單位為μV/h  不同時(shí)間段極化特性曲線變化及不同電流下輸出功率變化如圖所示：

        不同時(shí)間段極化特性曲線變化及不同電流下輸出功率變化