1引言
1.1课题背景
随着社会的进步，物质文明得到极大的发展，但与此同时我们也清醒的认识到，大量社会生产实践活动建立在能源消耗和环境污染的基础上，为了实现社会的可持续发展，节能减排将是未来生产实践活中首屈一指的核心问题。尤其自从人类进入了电动时代，汽车虽然在很大程度上方便了人类的日常活动并提高了社会生产力，但随之而来的能源消耗和污染也愈来愈明显。面对日渐医乏的化石燃料以及日益恶化的大气环境，各国汽车制造商和研究机构纷纷着手寻求使用其它可持续利用或可再生的新能源，采用新技术、新材料和新工艺等措施来改善汽车燃料经济性，减少汽车的废气排放量。因此，氢燃料电池汽车凭借其突出优势应用而生。
氢气消耗量的准确测量是燃料电池汽车示范运营首要解决的问题。传统的汽
(柴)油发动机汽车应用碳平衡法，即基于碳元素含量在本身和内燃机排放物保持守恒的原理来计算汽车的燃油消耗量。对于氢燃料电池汽车，其排放物只有水，显然无法利用碳平衡法来计算氢气消耗量。目前国际上常用的燃料电池汽车氢气消耗量检测方法有质量称重法、温度压力法、流量计法和电流法，不同的检测方法有不同的适用范围和优缺点。但是，出于对氢气消耗量车载测试的考虑，流量计法被认为是未来燃料电池汽车氢气消耗量检测的核心检测方法，因此流量计法的深入研究将是燃料电池汽车全面运营的基础
1.1.1氢燃料电池汽车发展现状
目前，在可用于替代汽油和柴油发动机的技术中，由于燃料电池汽车具有安静、高效和零污染(或低污染)的特点，并且其连续行驶里程完全可以和内燃机汽车相媲美。因此，燃料电池汽车被广大汽车制造商所青睐。但各国政府对燃料
电池汽车的应用存在分歧，支持力度也各不相同。在日本，其战略目标是到2010年，使用的燃料电池汽车达到5万辆;2020年达到500万辆;到2030年，要全面普及燃料电池汽车。在美国，燃料电池汽车曾被美国前总统布什作为“氢经济”论的“法宝”大肆宣传，而今又处于低迷期。在欧洲，欧盟2008年夏天决定斥资10亿欧元用于燃料电池的研究和发展。在我国，政府工作会议报告中指出在今后相当长的一段时间内将对新能源汽车领域给予充分的重视和支持
本田公司的新一代FCX Clarity燃料电池汽车，秉承了其独特的燃料电池系统"V FLOW FC Stack"，采用氢气和空气竖直流动构造，电池堆性能有了飞跃性的提高，同时进一步实现了轻质和小型化。新燃料电池堆的最高功率提升至100千瓦，与上一代燃料电池堆相比，容积功率密度提高50%，重量功率密度提高67%，低温启动性能提升至零下30摄氏度以上。
通用公司新一代HydroGen4的车身尺寸，长、宽、高各为4796mm, 1814mm,1760mm，是欧洲版的CHEVROLET Equinox燃料电池汽车，HydroGen4的燃料电池系统由440组燃料电池构成，整个系统可输出93千瓦的电能。HydroGen4起步加速0-100千米/小时需12秒，速度达160千米/小时，电池寿命为两年8万公里，而且能够在零下低温行驶，每天都可以运作，在技术与耐久性上都较HydroGen3有所进展。
上海开幕的第六届世界客车博览亚洲展览会，由苏州金龙联合上海交通大学、神力科技、苏州创元集团等科研和高科技企业共同研制价值300万元的氢燃料电池公交客车，一该车配备了75千瓦燃料电池发动机系统，最高车速达75公里，持续行程320公里以上，尾气排放为零，无污染。
1.1.2燃料电池汽车氢气消耗量测量方法研究现状
出于对环境和经济利益的考虑，燃料电池汽车氢气消耗量检测方法是汽车制造商和燃料供应商都非常关心的事情。福特、本田和丰田公司在内的很多业内公司都宣称，要将燃料电池汽车投放市场并作为未来公司的发展计划。因此，氢气消耗量的检测方法理所当然地成为车辆鉴定过程中的实质问题。典型的内燃机燃料消耗量检测方法是碳平衡法，其基本原理是质量守恒定律—汽(柴)油经过发动机燃烧后，排气中碳元素质量的总和与燃烧前的燃油中碳元素质量总和相等。而在氢燃料电池汽车中，碳平衡法显然是不适用的。目前，国际上以ISO(国际标准化组织)，SAE(美国汽车工程师学会)及JARI(日本交通研究所)为中心，各组织机构都在致力于建立国际性、行业性和区域性燃料电池汽车的标准或规范，具有代表性的有ISO/AWI 23829-1:《纯燃料公路车辆能量消耗量的测量—第一部分:使用压缩氢气》SAE J2572:《对使用压缩氢燃料电池汽车燃料消耗量及范围测量实施的推荐》，但从总体上看，燃料电池汽车氢气消耗量的检测方法都在围绕质量称重法、温度压力法、流量计法和电流法进行研究。下面分别就国内外研究机构在氢气消耗量检测方面的研究现状作简单介绍。
(1) EPA-NVFEL燃料电池乘用车底盘测功机试验室
2 燃料电池汽车氢气消耗量............. 19-31
2.1 氢气消耗量检测............. 19-20
2.2 温度压力法计算............. 20-24
2.3 转鼓试验台氢气消耗量............. 24-28
2.3.1 质量称重法误差............. 24
2.3.2 温度压力法的误差............. 24-28
2.3.3 流量计法的误差............. 28
2.4 本章小结............. 28-31
3 音速喷嘴流量检测标............. 31-39
3.1 功能及技术............. 31
3.2 工作原理及设计............. 31-33
3.2.1 工作原理............. 31-33
3.2.2 设计依据............. 33
3.3 音速喷嘴流量检测标............. 33-38
3.3.1 音速喷嘴喉部............. 33-35
3.3.2 音速喷嘴流量检测............. 35-38
3.4 本章小结............. 38-39
4 音速喷嘴流量检测标定............. 39-51
4.1 测控系统硬件............. 39-43
4.1.1 系统采集信号............. 39-40
4.1.2 系统硬件方案............. 40-41
4.1.3 系统硬件实现............. 41-43
4.2 测控系统软件............. 43-50
4.2.1 软件功能............. 43-44
4.2.2 软件开发............. 44-50
4.3 本章小结............. 50-51
工作总结
本课题围绕燃料电池汽车氢气消耗量检测方法进行深入研究，并在此基础上设计开发了音速喷嘴流量检测标定系统，首次完成了国内基于重型转鼓试验台的燃料电池汽车经济性评价试验。具体来说，本课题的研究工作主要从以下几个方面展开:
(1)研究以质量称重法、温度压力法和流量计法为主的三种燃料电池汽车氢气消耗量检测，分析基于温度压力法计算氢气消耗量传统数学模型
&nbs
