CN105895941A - 一种车用燃料电池动态性能测试的保护装置及其工作方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种车用燃料电池动态性能测试的保护装置，主要包括报警阀(1)、警示灯(2)、蜂鸣器(3)、氮气瓶(4)、减压阀(5)、供气电磁阀(8)、转子流量计(9)、干气控制阀(10)、加湿控制阀(11)、加湿器(12)、压力传感器(13)、PEM燃料电池电堆(14)、压力传感器(15)、背压阀(16)。本发明还提供了一种车用燃料电池动态性能测试的保护装置的工作方法，在实验测试过程中，当氢气泄漏超过报警阀值时，报警阀(1)打开，测试试验台即刻停机，同时氮气也会及时进行各个管路吹扫，管路吹扫完毕后再经压力传感器(13)检测进入PEM燃料电池电堆(14)对电堆内残余气体进行吹扫。这样，氮气便高效及时对管路与电堆内的残余气体和积水完成了吹扫，及时消除了安全隐患，并一定程度上对电堆性能进行了维护。

Description

一种车用燃料电池动态性能测试的保护装置及其工作方法

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的保护装置及其工作方法。

背景技术

随着汽车产业的巨大发展，能源枯竭和环境污染两大问题越来越危及我们的生活，因此新能源汽车的研发和推广势在必行。

质子交换膜燃料电池本质上是一种直接将化学能转变为电能的装置，只发生电化学反应，而没有发生燃烧过程，因而其不受卡诺循环限制，具有效率高、低排放、低噪音等显著优点，被认为最有可能替代内燃机成为下一代车用动力装置。而质子交换膜燃料电池尤适用于轻型汽车动力和建筑物电源，所以研发和维护质子交换膜燃料电池的任务艰巨。

因而有关燃料电池动态性能测试的实验就显得至关重要，而实验中因为氢气泄露存在安全隐患，因此实验测试中的保护装置及其工作方法也就成为研究的重点之一。同时，实验过程中产生的水会损害电池性能，影响实验效率

专利(CN03822141.1)给出了质子交换膜燃料电池性能测试的途径和方法，但没有给出燃料电池性能测试的保护装置及措施，对电堆性能的维护不够，存在一定的安全问题，所以测试实验的维护、安全等方面还有待考察。

因此有必要提供一种装置及一种具有可行性的质子交换膜燃料电池动态性能测试方案，既可以在实验过程中对电堆内水分迅速吹扫、维护电堆性能，又可以防止氢气泄漏带来的隐患、为实验创造一个相对安全的环境。

发明内容

本发明的目的正是为了解决上面所叙述的燃料电池测试过程中存在的管路、电堆积水及氢气泄漏问题，提出了一种用于质子交换膜燃料电池动态性能测试的保护装置及工作方法，对电池测试过程中电堆积水、氢气泄漏等问题提供有效快速的解决途径，以保证对电堆性能做全面的、安全的测试。

本发明提供了一种车用燃料电池动态性能测试的保护装置，主要包括报警阀、警示灯、蜂鸣器、氮气瓶、减压阀、总供气电磁阀、转子流量计、干气控制阀、加湿控制阀、加湿器、压力传感器一、PEM燃料电池电堆、压力传感器二、背压阀；

警示灯与蜂鸣器并联设置，警示灯与蜂鸣器并联后与报警阀串联连接；

氮气瓶经减压阀后与总供气电磁阀连接；

总供气电磁阀与转子流量计经管路连接；

转子流量计分别连接干气控制阀和加湿控制阀；

加湿控制阀经管路与加湿器气体入口连接；

干气控制阀和加湿器出口同时连接至压力传感器一；

压力传感器一与PEM燃料电池电堆的进气口之间经管路连接；

PEM燃料电池电堆的排气口经压力传感器二连接至背压阀。

作为优选，本发明的保护装置安放在测试试验台中。

作为优选，报警阀为常闭电磁阀，连接在测试试验台的供电电路中，由氢气浓度检测装置进行控制。

作为优选，报警阀打开时能够导通警示灯与蜂鸣器。

优选地，减压阀与总供气电磁阀之间的管路上还设置有压力表。

作为更进一步的优选手段，压力表与供气电磁阀之间的管路上还设置有过滤器。

作为优选，总供气电磁阀与报警阀之间为电气连接，能够实现动作联动。

本发明还提供了前述一种燃料电池动态性能测试的保护装置的工作方法：

在实验测试过程中，当氢气泄漏(浓度)超过报警阀的阈值时，报警阀打开，测试试验台即刻停机，此时警示灯点亮(如发出警示红光)，同时蜂鸣器进行声音报警；

同时总供气电磁阀与报警阀动作联动，氮气将由氮气瓶经减压阀减压(直至压力表显示压力在0.3MPa左右)后，经过滤器过滤处理(为防管路堵塞)；

干气控制阀和加湿控制阀同时与总供气电磁阀联动打开，过滤处理后的氮气经总供气电磁阀至转子流量计进行流量调节后，氮气分别经过干气管路和加湿器对其残余气体进行吹扫；

管路吹扫完毕后再经压力传感器一检测进入PEM燃料电池电堆，对电堆内残余气体和积水进行吹扫，此时压力传感器二检测管路内气体压力，由背压阀进行管路内气体的压力调节控制。

本发明是为了在氢气发生泄漏时，测试试验台系统能及时报警、停机，并用氮气进行管路吹扫，防止事故发生。报警信号能及时让我们发现实验事故，并且及时对系统管路、电堆供氮气进行吹扫，不仅及时消除了实验过程中的安全隐患，而且从一定程度上也维护了电堆性能。

采用本发明可以在做电堆性能测试时获得相对安全的测试环境，一旦氢气泄漏超过报警阀值，系统便会及时报警并采取一定措施进行维护，并且此发明采用警示灯和蜂鸣器双层报警装置，实验安全系数得到很大提高。

附图说明

图1是本发明的总体方案原理流程图。

图中：1、报警阀；2、警示灯；3、蜂鸣器；4、氮气瓶；5、减压阀；6、压力表；7、过滤器；8、供气电磁阀；9、转子流量计；10、干气控制阀；11、加湿控制阀；12、加湿器；13、压力传感器；14、PEM燃料电池电堆；15、压力传感器；16、背压阀。

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的保护装置，主要包括报警阀1、警示灯2、蜂鸣器3、氮气瓶4、减压阀5、总供气电磁阀8、转子流量计9、干气控制阀10、加湿控制阀11、加湿器12、压力传感器一13、PEM燃料电池电堆14、压力传感器二15、背压阀16。

本发明的保护装置安放在测试试验台中。报警阀1为常闭电磁阀，连接在测试试验台的供电电路中，由氢气浓度检测装置(图中未示出)进行控制。

警示灯2与蜂鸣器3并联设置，警示灯2与蜂鸣器3并联后与报警阀1串联连接。报警阀1打开时能够导通警示灯2与蜂鸣器3。

氮气瓶4经减压阀5后与总供气电磁阀8连接。优选地，减压阀5与总供气电磁阀8之间的管路上还设置有压力表6。作为更进一步的优选手段，压力表6与供气电磁阀8之间的管路上还设置有过滤器7。

总供气电磁阀8与报警阀1之间可以选择为电气连接，能够实现动作联动。

总供气电磁阀8与转子流量计9经管路连接。

转子流量计9分别连接干气控制阀10和加湿控制阀11。干气控制阀10、加湿控制阀11与总供气电磁阀8之间可以选择为电气连接，能够实现动作联动。作为优选，干气控制阀10和加湿控制阀11能够分别独立控制，以满足不同情况的需要。

加湿控制阀11经管路与加湿器12气体入口连接。

干气控制阀10和加湿器12出口同时连接至压力传感器一13。

压力传感器一13与PEM燃料电池电堆14的进气口之间经管路连接。压力传感器一13对进入PEM燃料电池电堆14的氮气进行压力检测，以防止电堆内压力超标，保障PEM燃料电池电堆14的安全。

PEM燃料电池电堆14的排气口经压力传感器二15连接至背压阀16。

本发明还提供了前述一种车用燃料电池动态性能测试的保护装置的工作方法，根据流程图1，详细描述如下。

在实验测试过程中，当氢气泄漏(浓度)超过报警阀1的阈值时，报警阀1打开，测试试验台即刻停机，此时警示灯2点亮(如发出警示红光)，同时蜂鸣器3进行声音报警；

同时总供气电磁阀8与报警阀1动作联动，氮气将由氮气瓶4经减压阀5减压(直至压力表6显示压力在0.3MPa左右)后，经过滤器7过滤处理(为防管路堵塞)；

干气控制阀10和加湿控制阀11同时与总供气电磁阀8联动打开，过滤处理后的氮气经总供气电磁阀8至转子流量计9进行流量调节后，氮气分别经过干气管路和加湿器12对其残余气体进行吹扫；

管路吹扫完毕后再经压力传感器一13检测进入PEM燃料电池电堆14，对电堆内残余气体和积水进行吹扫，此时压力传感器二15检测管路内气体压力，由背压阀16进行管路内气体的压力调节控制。

气体进行管路吹扫时会分别通过控制干气控制阀10和加湿控制阀11全面对气体不加湿管路和加湿管路进行吹扫维护。

这样，氮气便高效及时地对测试系统管路与电堆内的残余气体和积水完成了吹扫，一定程度上对电堆性能进行了维护并及时消除了安全隐患。

本发明系统的燃料电池除作为测试试验台用外，还可以作为便携电源、小型移动电源、车载电源、备用电源等使用。也可以工作在汽车、火车、船舶等交通工具上。同时，燃料电池生成的电还可供车载其它电器设备使用，如用于驾驶室制冷、座椅加热、音响等。燃料电池测试系统的保护装置也可应用于其他危险系数较高的含气体实验中。

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，比如过滤器，转子流量计的选择设置等，都应该在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种车用燃料电池动态性能测试的保护装置，其特征在于：主要包括报警阀(1)、警示灯(2)、蜂鸣器(3)、氮气瓶(4)、减压阀(5)、总供气电磁阀(8)、转子流量计(9)、干气控制阀(10)、加湿控制阀(11)、加湿器(12)、压力传感器一(13)、PEM燃料电池电堆(14)、压力传感器二(15)、背压阀(16)；警示灯(2)与蜂鸣器(3)并联设置，警示灯(2)与蜂鸣器(3)并联后与报警阀(1)串联连接；氮气瓶(4)经减压阀(5)后与总供气电磁阀(8)连接；总供气电磁阀(8)与转子流量计(9)经管路连接；转子流量计(9)分别连接干气控制阀(10)和加湿控制阀(11)；加湿控制阀(11)经管路与加湿器(12)气体入口连接；干气控制阀(10)和加湿器(12)出口同时连接至压力传感器一(13)；压力传感器一(13)与PEM燃料电池电堆(14)的进气口之间经管路连接；PEM燃料电池电堆(14)的排气口经压力传感器二(15)连接至背压阀(16)。

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的保护装置，其特征在于：所述保护装置安放在测试试验台中。

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的保护装置，其特征在于：报警阀(1)为常闭电磁阀，连接在测试试验台的供电电路中，由氢气浓度检测装置进行控制。

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的保护装置，其特征在于：报警阀(1)打开时能够导通警示灯(2)与蜂鸣器(3)。

5.根据权利要求1所述的一种车用燃料电池动态性能测试的保护装置，其特征在于：减压阀(5)与总供气电磁阀(8)之间的管路上还设置有压力表(6)。

6.根据权利要求5所述的一种车用燃料电池动态性能测试的保护装置，其特征在于：压力表(6)与供气电磁阀(8)之间的管路上还设置有过滤器(7)。

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的保护装置，其特征在于：总供气电磁阀(8)与报警阀(1)之间为电气连接，两者能够实现动作联动。

8.一种燃料电池动态性能测试的保护装置的工作方法，基于权利要求1-8任一项所述的一种燃料电池动态性能测试的保护装置，其特征在于：

在实验测试过程中，当氢气泄漏超过报警阀(1)的阈值时，报警阀(1)打开，测试试验台即刻停机，此时警示灯(2)点亮，同时蜂鸣器(3)进行声音报警；总供气电磁阀(8)与报警阀(1)同时打开，氮气由氮气瓶(4)经减压阀(5)减压后，经过滤器(7)过滤处理；干气控制阀(10)和加湿控制阀(11)同时打开，过滤处理后的氮气经总供气电磁阀(8)至转子流量计(9)进行流量调节后，分别经过干气管路和加湿器(12)对管路内残余气体进行吹扫；管路吹扫完毕，氮气再经压力传感器一(13)检测后，进入PEM燃料电池电堆(14)，对电堆内残余气体和积水进行吹扫，此时压力传感器二(15)检测管路内气体压力，由背压阀(16)进行管路内气体的压力进行调节控制。

9.根据权利要求8所述的一种工作方法，其特征在于：减压阀(5)减压后的氮气经压力表(6)显示压力在0.3MPa左右。