燃料电池发动机指标权重与评分函数

选取14个关键指标对燃料电池发动机进行评价，它们分别涵盖了稳态性能，起动性能，动态性能以及安全性能。报告首先利用层次分析法（AHP）得到各指标的权重值，随后确定了每个指标的评分函数，将各个指标的得分乘上其对应的权重再求和，便可以得到燃料电池发动机的综合得分。

一．指标权重的确定

1.层次结构图

指标层指标发动机额定功率效率发动机常用工况效率准则层指标稳态性能发动机额定功率发动机额定功率密度燃料电池堆最大功率密度氢气利用率最大值发动机噪声额定功率热起动时间起动性能怠速冷起动时间怠速热起动时间燃料电池发动机基本性能10％ＰＥ到90％ＰＥ 热态响应时间动态性能0％ＰＥ到50％ＰＥ 热态响应时间发动机绝缘性安全性能发动机气密性

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2. 各层次指标权重

利用AHP法得到指标在各个分层次以及最后总排序的权重，再通过二次加权法对权重进行修正，最终得到14个性能指标的排序权重，如下表所示：

准则层指标 权重 指标层性能指标 发动机额定功率效率 发动机常用工况效率 电堆最大氢气利用率 稳态性能 0.3333 发动机额定功率密度 电堆峰值功率密度 发动机额定功率 发动机噪声 额定功率热起动时间 起动性能 0.1667 怠速热起动时间 怠速冷起动时间 10％PE到90％PE热态响应时间 动态性能 0.1667 0％PE到50％PE热态响应时间 发动机绝缘性 安全性能 0.3333 发动机气密性 0.5 0.1009 0.667 0.5 0.0560 0.1009 权重 0.132 0.218 0.055 0.132 0.085 0.334 0.043 0.297 0.540 0.163 0.333 总排序权重 0.0778 0.1281 0.0323 0.0778 0.0503 0.1965 0.0252 0.0374 0.0681 0.0206 0.0280

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二． 基本指标评分

1. 发动机额定工况效率

各台发动机测试时的额定工况加载功率不同，因此发动机额定工况下的指标也要做统一处理以使打分更为合理。利用当量效率d作为评价指标来评价发动机额定工况下的效率，即：

d=E1 其中：1PE PE0式中E为实测发动机在额定工况下的效率，PE为发动机实测额定功率值，PE0为标定额定功率值（此处取55KW） 额定工况当量效率指标的基本得分区间：

发动机当量效率值 45%— 40%—45% 38%—40% 30%—38% —30%

根据得分区间得到当量效率指标的评分函数为：

得分值 100 90—100 80—90 40—80 40 40x30320.067x7.188x250.446x289330x38 F(x) 238x450.408x36.735x726.531100x45评分函数形如下图：

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1101009080得分值7060504030253035指标值(%)404550

2. 发动机常用工况效率

常用工况定义为，发动机净输出功率为25kw时的工况。 指标的基本得分区间：

发动机常用工况效率 50%— 45%—50% 35%—45% —35% 指标的评分函数：

得分值 100 75—100 40—75 40 40x35320.03x3.1x106.75x118535x45 F(x)2 45x50x100x2400100x50

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3. 功率评分

定义当量功率P作为评价指标，它同时也考虑了发动机的峰值功率值。如果FCE做没有过载（峰值）功率测试，则P=0。

PPE1sign(2)； 其中1PPE 2max1

PEPE0PE0为标定额定功率值Pmax式中PE为发动机实测额定功率值，（此处取55KW），

为发动机实测峰值功率值。

且当2>0时，sign(2)=1；当2=0时，sign(2)=0 当量功率指标的基本得分区间：

发动机当量功率P 55— 50—55 35—50 —35

当量功率指标的评分函数：

得分值 100 80—100 20—80 20 20x35320.0019x0.0121x7.354x181.6835x50 F(x) 250x550.8x88x2320100x55

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4.发动机额定功率密度评分

指标的基本得分区间：

发动机额定功率密度（W/kg） 260— 200—260 150—200 —150 指标的评分函数：

得分值 100 80—100 40—80 40 40x150322.267e04x0.1273x22.9x1375150x200 F(x) 2200x2600.0069x3.61x369.44100x260

5. 电堆峰值功率密度

指标的基本得分区间：

电堆峰值功率密度（W/kg） 600— 450—600 300—450 —300 指标的评分函数：

得分值 100 80—100 40—80 40 40x300321.185e05x0.0142x5.33x680300x450 F(x) 2450x6000.0009x1.0667x220100x600 6

6. 氢气利用率评分

指标的基本得分区间：

氢气利用率最大值 95%— 85%—95% 75%—85% —75% 指标的评分函数：

得分值 100 75—90 40—75 40 40320.001x0.0131x18.1x895.82 F(x)20.25x47.5x215610075x85

85x95x95x75

7. 10％PE到90％PE热态响应时间

指标的基本得分区间：

10％PE到90％PE热态响应时间(s) —5 5—10 10—20 20— 指标的评分函数：

得分值 100 80—100 40—80 40 100x525x100.8x8x80 F(x) 328.9e17x0.4x16x20010x2040x20

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8. 0％PE到50％PE热态响应时间

指标的基本得分区间：

0％PE到50％PE热态响应时间(s) —3 3—5 5—12 12— 指标的评分函数：

得分值 100 85—100 40—85 40 10023.75x22.5x66.25 F(x)320.0437x2.187x33.586x203.73403x5

5x12x12x3

9. 额定功率热起动时间

指标的基本得分区间：

额定功率热起动时间(s) —15 15—25 25—40 40— 指标的评分函数：

得分值 100 80—100 40—80 40 100x15215x250.2x6x55 F(x) 320.0059x0.444x7.111x87.4125x4040x40

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10. 怠速冷起动时间

指标的基本得分区间：

怠速冷起动时间(s) —3 3—10 10—25 25— 指标的评分函数：

得分值 100 80—100 40—80 40 100x323x100.408x2.449x96.327 F(x) 320.0017x0.2794x10.794x161.6910x2540x25

11. 怠速热起动时间

指标的基本得分区间：

怠速热起动时间(s) —1.5 1.5—3 3—6 6— 指标的评分函数：

得分值 100 80—100 40—80 40 100x1.521.5x38.89x26.67x80 F(x) 321.32e16x4.44x53.33x2003x640x6 9

12. 发动机噪声

指标的基本得分区间：

发动机噪声（db） —88 88—93 93—105 105— 指标的评分函数：

得分值 100 80—100 40—80 40 10020.8x140.8x6095 F(x)320.093x3.083x341.25x1259640

88x93

93x105x105x8813. FCE泄露性评价

合格（100分）：满足要求 不合格（0分）：泄漏量超标

14. FCE绝缘性评价

合格（100分）：绝缘电阻大于1兆欧 不合格（0分）：绝缘电阻小于1兆欧

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