CN105895939A - 一种车用燃料电池动态性能测试系统及其工作方法 - Google Patents

一种车用燃料电池动态性能测试系统及其工作方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种车用燃料电池动态性能测试系统，主要包括空压机(1)、空气减压阀(2)、空气质量流量计(3)、空气压力传感器(7)、空气温度传感器(8)、质子交换膜燃料电池(10)、压力传感器一(11)、手动阀一(12)、氢气瓶(13)、氢气减压阀(14)、氢气质量流量计(15)、氢气压力传感器(19)、氢气温度传感器(20)、压力传感器二(22)、手动阀二(23)。本发明还提供了前述测试系统的工作方法，使空气和氢气在一定温度和压力下，以一定流量分别从各自管路进入燃料电池内部反应，测试其加湿与不加湿情况下电堆的动态性能曲线，通过比较，得出电堆最佳工作性能时的条件。本发明可以全面系统地测试质子交换膜燃料电池的动态性能，保护电堆寿命，燃料电池反应后只生成水，不含有任何污染物，减少了环境污染。

Description

一种车用燃料电池动态性能测试系统及其工作方法
技术领域
本发明属于燃料电池技术领域，具体涉及一种车用燃料电池动态性能测试系统及其工作方法。
背景技术
随着燃料电池的发展，碱性燃料电池、磷酸燃料电池、固体氧化物燃料电池、质子交换膜燃料电池等各自被应用于诸多领域。其中质子交换膜燃料电池因其效率高、启动快、能量密度大、噪音低和无污染等优点，被认为最有可能替代内燃机成为下一代车用动力装置。
燃料电池作为一种车用新能源，越来越成为研究的热点，其中燃料电池动态性能的测试也成为研究的重点。进气流量、供气压力、露点温度、相对湿度等诸多因素都直接影响到燃料电池的动态性能，从而直接影响其寿命。因此有必要对燃料电池的动态性能进行多次测试评估，选择最佳工作条件。
专利(200820114566)给出了测试质子交换膜燃料电池部分动态性能的途径和方法，但测试系统不够全面，对燃料电池压力、温度的测量还不充分，动态性能的测试还需进一步研究。
本发明将对质子交换膜燃料电池的压差变化、湿度跟随能力等进行系统研究，进而提出更全面可行的测试系统整体方案，全面评估电堆性能，选择最佳工作条件。
发明内容
本发明的目的正是为了全面高效测试质子交换膜燃料电池的动态性能，提出了一种车用燃料电池动态性能测试系统及其工作方法，力求既可测出燃料电池的动态性能，又可以在一定程度上保护电池。
本发明提供了一种车用燃料电池动态性能测试系统，主要包括空压机、空气减压阀、空气质量流量计、空气压力传感器、空气温度传感器、质子交换膜燃料电池、压力传感器一、手动阀一、氢气瓶、氢气减压阀、氢气质量流量计、氢气压力传感器、氢气温度传感器、压力传感器二、手动阀二；
空压机经空气减压阀连接空气质量流量计；
空气质量流量计依次经过空气压力传感器、空气温度传感器连接至质子交换膜燃料电池；
氢气瓶经氢气减压阀连接氢气质量流量计；
氢气质量流量计依次经过氢气压力传感器、氢气温度传感器连接至质子交换膜燃料电池；
质子交换膜燃料电池的空气废气出口依次连接有压力传感器一和手动阀一；
质子交换膜燃料电池的氢气废气出口依次连接有压力传感器二和手动阀二。
作为优选手段，空气加湿器通过管路连接在空气质量流量计与空气压力传感器之间的管路上。空气加湿器的进气口连接有空气加湿进气阀。
作为进一步地优选手段，空气加湿器与空气压力传感器之间连接有水汽分离器一。
作为优选手段，氢气加湿器通过管路连接在氢气质量流量计与氢气压力传感器之间的管路上。氢气加湿器的进气口连接有氢气加湿进气阀。
作为进一步地优选技术手段，氢气加湿器与氢气压力传感器之间连接有水汽分离器二。
作为优选手段，质子交换膜燃料电池的空气入口和氢气废气出口之间设有压差传感器一。
作为优选手段，质子交换膜燃料电池的氢气入口和空气废气出口之间设有压差传感器二。
本发明还提供了前述一种燃料电池动态性能测试系统的工作方法：
通过空压机收集空气，空气经过空气减压阀减压，然后经空气质量流量计检测，再经空气压力传感器、空气温度传感器进入质子交换膜燃料电池内部；
同理，氢气通过氢气瓶提供，首先经过氢气减压阀减压，然后依次经氢气质量流量计、氢气压力传感器、氢气温度传感器进入质子交换膜燃料电池内部，与空气充分反应；
反应过程中质子交换膜燃料电池内部压力通过空气废气出口和氢气废气出口各自管路上的压力传感器一、压力传感器二背压控制；
反应充分后，手动阀一和手动阀二开启，排放各自的尾气和反应的生成水。
作为比较手段，空气加湿器通过管路连接在空气质量流量计与空气压力传感器之间的管路上；空气加湿器的进气口连接有空气加湿进气阀；氢气加湿器通过管路连接在氢气质量流量计与氢气压力传感器之间的管路上；氢气加湿器的进气口连接有氢气加湿进气阀；当气体需要加湿进入质子交换膜燃料电池内部反应时，则开启空气加湿进气阀、氢气加湿进气阀，经空气加湿器和氢气加湿器分别对空气和氢气进行加湿处理。
作为优选手段，空气经过空气减压阀减压至约0.3MPa；氢气经过氢气减压阀减压至约0.3MPa。
本发明是使空气和氢气在一定温度和压力下，以一定流量分别从各自管路进入燃料电池内部反应，测试其加湿与不加湿情况下电堆的动态性能曲线，通过比较，得出电堆最佳工作性能时的条件。
采用本发明可以全面系统地测试质子交换膜燃料电池的动态性能，保护电堆寿命，燃料电池反应后只生成水，不含有任何污染物，减少了环境污染。
附图说明
图1是本发明的总体方案流程图，
图中：1、空压机；2、空气减压阀；3、空气质量流量计；4、空气加湿阀；5、空气加湿器；6、水汽分离器；7、压力传感器一；8、温度传感器一；9、压差传感器一；10、质子交换膜燃料电池；11、压力传感器一；12、手动阀；13、氢气瓶；14、氢气减压阀；15、氢气质量流量计；16、氢气加湿阀，17、氢气加湿器；18、水汽分离器；19、压力传感器三；20、温度传感器二；21、压差传感器二；22、压力传感器二；23、手动阀。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细描述：
本发明的一种车用燃料电池动态性能测试系统，主要包括空压机1、空气减压阀2、空气质量流量计3、空气压力传感器7、空气温度传感器8、质子交换膜燃料电池10、压力传感器一11、手动阀一12、氢气瓶13、氢气减压阀14、氢气质量流量计15、氢气压力传感器19、氢气温度传感器20、压力传感器二22、手动阀二23。
空压机1经空气减压阀2连接空气质量流量计3。
空气质量流量计3依次经过空气压力传感器7、空气温度传感器8连接至质子交换膜燃料电池10的阴极。
空气加湿器5通过管路连接在空气质量流量计3与空气压力传感器7之间的管路上。空气加湿器5的进气口连接有空气加湿进气阀4。作为优选手段，空气加湿器5与空气压力传感器7之间连接有水汽分离器一6。
氢气瓶13经氢气减压阀14连接氢气质量流量计15。
氢气质量流量计15依次经过氢气压力传感器19、氢气温度传感器20连接至质子交换膜燃料电池10的阳极。
氢气加湿器17通过管路连接在氢气质量流量计15与氢气压力传感器19之间的管路上。氢气加湿器17的进气口连接有氢气加湿进气阀16。作为优选技术手段，氢气加湿器17与氢气压力传感器19之间连接有水汽分离器二18。
质子交换膜燃料电池10的空气入口和氢气废气出口之间设有压差传感器一9。
质子交换膜燃料电池10的氢气入口和空气废气出口之间设有压差传感器二21。
质子交换膜燃料电池10的空气废气出口依次连接有压力传感器一11和手动阀一12。
质子交换膜燃料电池10的氢气废气出口依次连接有压力传感器二22和手动阀二23。
本发明还提供了前述一种车用燃料电池动态性能测试系统的工作方法，根据流程图1详细描述如下。
据实验需要，车用燃料电池动态性能测试系统在气体不加湿时，通过空压机1收集空气，空气经过空气减压阀2减压至约0.3MPa，然后经空气质量流量计3检测，再经空气压力传感器7、空气温度传感器8的精确检测控制进入燃料电池内部(阴极)，同时，为了更精确测量分析压差变化，还在电堆的空气入口、氢气废气出口之间设有压差传感器一9；同理，氢气通过氢气瓶13提供，首先经过氢气减压阀14减压至约0.3MPa，然后依次经氢气质量流量计15、氢气压力传感器19、氢气温度传感器20、压差传感器二21的精确检测控制进入燃料电池内部(阳极)与空气充分反应；反应过程中质子交换膜燃料电池10内部压力通过空气废气出口和氢气废气出口各自管路上的压力传感器一11、压力传感器二22背压控制；反应充分后，手动阀一12和手动阀二23开启，排放各自的尾气和反应的生成水。
作为比较手段，当气体需要加湿进入燃料电池内部反应时，则需要开启气体管路上各自的空气加湿进气阀4、氢气加湿进气阀16，经空气加湿器5和氢气加湿器17分别对空气和氢气进行加湿处理。作为更进一步地优化，为保证进入燃料电池内部反应气体的纯度，此系统在加湿处理后还增加了水汽分离器一6和水汽分离器二18，能够在一定程度上解决燃料电池内的积水问题。
本发明系统中的燃料电池可用作便携式电源、小型移动电源、车载电源等，也可用作自行车、摩托车、汽车等交通工具的动力电源。
本发明不限于以上对实施例的描述，本领域技术人员根据本发明揭示的内容，在本发明基础上不必经过创造性劳动所进行的改进和修改，比如压差传感器和水汽分离器的选择设置等，都应该在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种车用燃料电池动态性能测试系统，其特征在于：主要包括空压机(1)、空气减压阀(2)、空气质量流量计(3)、空气压力传感器(7)、空气温度传感器(8)、质子交换膜燃料电池(10)、压力传感器一(11)、手动阀一(12)、氢气瓶(13)、氢气减压阀(14)、氢气质量流量计(15)、氢气压力传感器(19)、氢气温度传感器(20)、压力传感器二(22)、手动阀二(23)；空压机(1)经空气减压阀(2)连接空气质量流量计(3)；空气质量流量计(3)依次经过空气压力传感器(7)、空气温度传感器(8)连接至质子交换膜燃料电池(10)；氢气瓶(13)经氢气减压阀(14)连接氢气质量流量计(15)；氢气质量流量计(15)依次经过氢气压力传感器(19)、氢气温度传感器(20)连接至质子交换膜燃料电池(10)；质子交换膜燃料电池(10)的空气废气出口依次连接有压力传感器一(11)和手动阀一(12)；质子交换膜燃料电池(10)的氢气废气出口依次连接有压力传感器二(22)和手动阀二(23)。
2.根据权利要求1所述的一种车用燃料电池动态性能测试系统，其特征在于：空气加湿器(5)通过管路连接在空气质量流量计(4)与空气压力传感器(7)之间的管路上；空气加湿器(5)的进气口连接有空气加湿进气阀(4)。
3.根据权利要求2所述的一种车用燃料电池动态性能测试系统，其特征在于：空气加湿器(5)与空气压力传感器(7)之间连接有水汽分离器一(6)。
4.根据权利要求1所述的一种车用燃料电池动态性能测试系统，其特征在于：氢气加湿器(17)通过管路连接在氢气质量流量计(15)与氢气压力传感器(19)之间的管路上；氢气加湿器(17)的进气口连接有氢气加湿进气阀(16)。
5.根据权利要求4所述的一种车用燃料电池动态性能测试系统，其特征在于：氢气加湿器(17)与氢气压力传感器(19)之间连接有水汽分离器二(18)。
6.根据权利要求1所述的一种车用燃料电池动态性能测试系统，其特征在于：质子交换膜燃料电池(10)的空气入口和氢气废气出口之间设有压差传感器一(9)。
7.根据权利要求1所述的一种车用燃料电池动态性能测试系统，其特征在于：质子交换膜燃料电池(10)的氢气入口和空气废气出口之间设有压差传感器二(21)。
8.一种工作方法，基于权利要求1-7任一项所述的燃料电池动态性能测试系统，其特征在于：
通过空压机(1)收集空气，空气经过空气减压阀(2)减压，然后经空气质量流量计(3)检测，再经空气压力传感器(7)、空气温度传感器(8)进入质子交换膜燃料电池(10)内部；同时，氢气通过氢气瓶(13)提供，首先经过氢气减压阀(14)减压，然后依次经氢气质量流量计(15)、氢气压力传感器(19)、氢气温度传感器(20)进入质子交换膜燃料电池(10)内部，与空气充分反应；反应过程中，质子交换膜燃料电池(10)内部压力通过空气废气出口管路和氢气废气出口管路上的压力传感器一(11)、压力传感器二(22)背压控制；反应充分后，手动阀一(12)和手动阀二(23)开启，排放尾气和反应的生成水。
9.根据权利要求8所述的工作方法，其特征在于：
空气加湿器(5)通过管路连接在空气质量流量计(4)与空气压力传感器(7)之间的管路上；空气加湿器(5)的进气口连接有空气加湿进气阀(4)；氢气加湿器(17)通过管路连接在氢气质量流量计(15)与氢气压力传感器(19)之间的管路上；氢气加湿器(17)的进气口连接有氢气加湿进气阀(16)；当气体需要加湿进入质子交换膜燃料电池(10)内部反应时，则开启空气加湿进气阀(4)、氢气加湿进气阀(16)，经空气加湿器(5)和氢气加湿器(17)分别对空气和氢气进行加湿处理。
10.根据权利要求8所述的工作方法，其特征在于：空气经过空气减压阀(2)减压至约0.3MPa；氢气经过氢气减压阀(14)减压至约0.3MP。
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