CN107132485A - 一种车用燃料电池测试装置及其工作方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种车用燃料电池测试装置，涉及车用燃料电池技术领域，通过氢气和空气(或氧气)分别输送进已被氮气吹扫过的气路，并经过元器件控制，实现确定进气参数后进入到质子膜燃料电池阳极和阴极；在两个气路中，温度传感器、压力传感器、湿度传感器和加湿装置分别与信号采集处理装置相连，实现了探究车用燃料电池在不同进气温度、进气流量、进气压力、进气湿度等进气参数状态下的性能；本发明还提供了前述测试装置的工作方法，实现探究不同进气参数下燃料电池极化曲线的变化，以寻找最佳工作进气参数，其他用途燃料电池也可在本装置中测试，便于结合各自工作特点确定合适参数量。

Description

一种车用燃料电池测试装置及其工作方法
技术领域
本发明涉及车用燃料电池技术领域，具体涉及一种车用燃料电池测试装置及其工作方法。
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。然而燃料电池作为一种电化学装置，将氢气与氧气(或空气)分别输入燃料电池的阳极、阴极，在电解质中伴随催化剂的作用下利用二者的化学反应将化学能转化为电能。燃料电池作为动力能源装置，与电池相比，能提供较高密度的能量，而且仅需要靠填充燃料就可保证其持续供给能量，有效的避免了普通电池受储存能量以及充电时间的限制。与传统内燃机相比，燃料电池作为电化学能源装置，没有燃烧过程且生成水等对环境无污染的产物，可以减小氮氧化物等有害气体的排放，降低对于环境的污染，缓解了化石能源紧缺的能源危机矛盾。同时，燃料电池放电过程，没有像内燃机的活塞曲轴等运动过程，可以降低噪声甚至避免噪声的产生。
近年来，随着新能源汽车逐渐投入市场并开始普及应用，燃料电池汽车(FCEV)借着燃料电池技术的发展也迸发出来强大的活力。燃料电池汽车以其低污染、高转化效率、稳定运行以及较低噪音等优点，受到了各大车企的青睐，近些年来奔驰、韩国现代、通用公司生产的燃料电池汽车技术也日益完善，国内上海汽车等企业也相继推出燃料汽车。车用燃料电池性能状况受不同进气参数的影响，进一步影响燃料电池汽车的工况和使用状态。燃料电池的性能参数，受进气压力、进气流量、进气温度、工作温度、湿度等各因素综合影响。
因此，需要探究车用燃料电池综合性能，测试不同进气参数状态下燃料电池所表现出的不同性能，从而探究燃料电池性能变化规律。
发明内容
本发明的目的是针对现有的技术存在上述问题，提供一种车用燃料电池测试装置及其工作方法，主要利用不同进气参数来测试燃料电池性能变化规律，设计合理，结构紧凑。
为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：
本发明设计了一种车用燃料电池测试装置，主要包括氢气储气装置、气体过滤器一、压力传感器一、温度传感器一、湿度传感器一、流量控制阀一、加湿装置一、气体收集器、手动阀、储水罐、质子交换膜燃料电池、加湿装置二、流量控制阀二、湿度传感器二、温度传感器二、压力传感器二、信号采集处理装置、气体过滤器二和氧气储气装置；
所述氢气储气装置经所述气体过滤器一、压力传感器一、温度传感器一、湿度传感器一、流量控制阀一和加湿装置一连接至质子交换膜燃料电池，所述压力传感器一、温度传感器一、湿度传感器一、流量控制阀一和加湿装置一，分别与所述信号采集处理装置连接；
所述氧气储气装置经所述气体过滤器二、压力传感器二、温度传感器二、湿度传感器二、流量控制阀二和加湿装置二连接至质子交换膜燃料电池，所述压力传感器二、温度传感器二、湿度传感器二、流量控制阀二和加湿装置二，分别与所述信号采集处理装置连接。
进一步的，所述质子交换膜燃料电池的废气出口连接有气体收集器。
进一步的，所述质子交换膜燃料电池的出水口连接有储水罐和手动阀。
进一步的，所述加湿装置一的进气口设有并联的气路与所述质子交换膜燃料电池连接，所述加湿装置二的进气口设有并联的气路与所述质子交换膜燃料电池连接。
进一步的，还设有加热装置。
本发明还提供了一种车用燃料电池测试装置的工作方法，氢气通过所述氢气储气装置供给，经所述气体过滤器一过滤后气路上的供气电磁阀打开；氢气传输时，根据所述信号采集处理装置发出的温度和湿度设置进气的温度和湿度，通过所述温度传感器一和湿度传感器一监测，经流量、压力、温度及湿度调节后氢气进入所述质子交换膜燃料电池的阳极；同时阳极出口连接有气液分离装置，反应不完全气体进入所述气体收集器存储；氧气从所述氧气储气装置或利用空气加压泵输入空气，后续过程与阳极气路相同；阴极出口未反应完全气体可直接排入大气；在阴极出口有水产生，将阴极出口与所述储水罐相连，当存储超过预设的数值时，人工拧转所述手动阀排出至储水罐存储。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
采用以上技术方案，本设计通过车用燃料电池测试装置及其工作方法，可以测试在不同进气温度、进气流量、进气压力、进气湿度等进气参数状态下燃料电池所表现出的不同性能，可以探究在某一单一进气参数下燃料电池性能变化规律，也可根据燃料电池工作实际环境设置某些进气参数，而寻找出最优性能表现以匹配燃料电池汽车所需的功能。
附图说明
图1是本发明的总体方案流程图；
图中：1、氢气储气装置；2、气体过滤器一；3、压力传感器一；4、温度传感器一；5、湿度传感器一；6、流量控制阀一；7、加湿装置一；8、气体收集器；9、手动阀；10、储水罐；11、质子交换膜燃料电池；12、加湿装置二；13、流量控制阀二；14、湿度传感器二；15、温度传感器二；16、压力传感器二；17、信号采集处理装置；18、气体过滤器二；19、氧气储气装置。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细描述：
一种车用燃料电池测试装置，：主要包括氢气储气装置1、气体过滤器一2、压力传感器一3、温度传感器一4、湿度传感器一5、流量控制阀一6、加湿装置一7、气体收集器8、手动阀9、储水罐10、质子交换膜燃料电池11、加湿装置二12、流量控制阀二13、湿度传感器二14、温度传感器二15、压力传感器二16、信号采集处理装置17、气体过滤器二18和氧气储气装置19；
所述氢气储气装置1经所述气体过滤器一2、压力传感器一3、温度传感器一4、湿度传感器一5、流量控制阀一6和加湿装置一7连接至质子交换膜燃料电池11，所述压力传感器一3、温度传感器一4、湿度传感器一5、流量控制阀一6和加湿装置一7，分别与所述信号采集处理装置17连接，所述信号采集处理装置17实时监测控制氢气的进气压力、湿度、及温度气体流量；
所述氧气储气装置19经所述气体过滤器二18、压力传感器二16、温度传感器二15、湿度传感器二14、流量控制阀二13和加湿装置二12连接至质子交换膜燃料电池11，所述压力传感器二16、温度传感器二15、湿度传感器二14、流量控制阀二13和加湿装置二12，分别与所述信号采集处理装置17连接，所述信号采集处理装置17实时监测控制氧气的进气压力、湿度、及温度气体流量；
所述质子交换膜燃料电池11的废气出口连接有气体收集器8，所述气体收集器8及时收集反应不完全气体；
所述质子交换膜燃料电池11的出水口连接有储水罐10和手动阀9，手动阀9在储水罐10到达较高液位时及时排水。
所述加湿装置一7的进气口设有并联的气路与所述质子交换膜燃料电池11连接，所述加湿装置二12的进气口设有并联的气路与所述质子交换膜燃料电池11连接，通过所述加湿装置一7和加湿装置二12与所述信号采集处理装置17的输出端连接，所述加湿装置一7和加湿装置二12分别与电磁开关阀一和电磁开关阀二连接，且所述加湿装置一7的进口并联的气路上设有电磁开关阀三，所述加湿装置二12的进口并联的气路上设有电磁开关阀四；
还设有加热装置，气路中设置的加热装置通过信号采集处理装置的指令可以对气路内的气体升温。
优选的，所述氧气储气装置可采用空气加压泵。
本发明车用燃料电池测试装置的工作方法与工作原理描述如下：
根据流程图1所示，氢气通过氢气储气装置1和气体过滤器一2，过滤掉气体中的固体小颗粒降低对其他元件的损伤，待气路上的供气电磁阀打开后，氢气依次经过压力传感器一3、温度传感器一4和湿度传感器一5，并将压力传感器一3、温度传感器一4和湿度传感器一5测得进气参数传输到信号采集处理装置17；根据所氢气进气的不同压力值的此时需求，控制流量控制阀一6打开对应开度，满足设定氢气压力设定值；信号采集处理装置17输出的是否需要加湿指令，如需加湿，与加湿装置一7连接的电磁开关阀一打开，氢气经过加湿装置一7加湿；如不需加湿，与加湿装置一7的进气口并联气路上的电磁开关阀三打开，氢气直接通过与加湿装置一7并联的未加湿气路；氢气传输时，根据信号采集处理装置17发出的温度和湿度设置设定合适温度，并通过水循环实现控制，通过温度传感器一4、湿度传感器一5反应，设定进气参数的氢气进入质子交换膜燃料电池11的阳极；阳极出口连接有气液分离装置，所述气液分离装置与气体收集器8相连，不完全反应的气体进入气体收集器8存储，可实现气体的再利用，更加经济安全和环保。
氧气从氧气储气装置19或利用空气加压装置(空气加压泵)输入空气，氧气依次经过压力传感器二16、温度传感器二15和湿度传感器二14，并将压力传感器二16、温度传感器二15和湿度传感器二14测得进气参数传输到信号采集处理装置17，并通过加湿装置二12向质子交换膜燃料电池11进气，进气的过程与阳极气路相同；如需加湿，与加湿装置二12连接的电磁开关阀二打开，氧气经过加湿装置二12加湿；如不需加湿，与加湿装置二12的进气口并联气路上的电磁开关阀四，氧气直接通过与加湿装置二12并联的未加湿气路。阴极出口未反应完全气体因不需考虑安全性等因素，可直接排入大气不做处理。在阴极出口有水产生，将阴极出口与储水罐10相连排至储水罐存储，当存储超过预设的数值时，人工拧转手动阀11排出。
信号采集处理装置17与质子交换膜燃料电池11连接，信号采集处理装置17通过与质子交换膜燃料电池11检测性能的仪器连接，便可实时高效测试燃料电池堆的动态性能的监测，实现为探究不同进气参数下燃料电池极化曲线的变化，以寻找最佳工作进气参数，其他用途燃料电池也可在本装置中测试，便于结合各自工作特点确定合适参数量，且也可根据燃料电池工作实际环境设置某些进气参数而寻找出最优性能表现，从而匹配燃料电池汽车所需的功能。
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，比如电磁开关阀、空气加压装置的选择设置等，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测试装置，其特征在于：主要包括氢气储气装置(1)、气体过滤器一(2)、压力传感器一(3)、温度传感器一(4)、湿度传感器一(5)、流量控制阀一(6)、加湿装置一(7)、气体收集器(8)、手动阀(9)、储水罐(10)、质子交换膜燃料电池(11)、加湿装置二(12)、流量控制阀二(13)、湿度传感器二(14)、温度传感器二(15)、压力传感器二(16)、信号采集处理装置(17)、气体过滤器二(18)和氧气储气装置(19)；
所述氢气储气装置(1)经所述气体过滤器一(2)、压力传感器一(3)、温度传感器一(4)、湿度传感器一(5)、流量控制阀一(6)和加湿装置一(7)连接至质子交换膜燃料电池(11)，所述压力传感器一(3)、温度传感器一(4)、湿度传感器一(5)、流量控制阀一(6)和加湿装置一(7)，分别与所述信号采集处理装置(17)连接；
所述氧气储气装置(19)经所述气体过滤器二(18)、压力传感器二(16)、温度传感器二(15)、湿度传感器二(14)、流量控制阀二(13)和加湿装置二(12)连接至质子交换膜燃料电池(11)，所述压力传感器二(16)、温度传感器二(15)、湿度传感器二(14)、流量控制阀二(13)和加湿装置二(12)，分别与所述信号采集处理装置(17)连接。
2.根据权利要求1所述的车用燃料电池测试装置，其特征在于：所述质子交换膜燃料电池(11)的废气出口连接有气体收集器(8)。
3.根据权利要求1所述的车用燃料电池测试装置，其特征在于：所述质子交换膜燃料电池(11)的出水口连接有储水罐(10)和手动阀(9)。
4.根据权利要求3所述的车用燃料电池测试装置，其特征在于：所述加湿装置一(7)的进气口设有并联的气路与所述质子交换膜燃料电池(11)连接，所述加湿装置二(12)的进气口设有并联的气路与所述质子交换膜燃料电池(11)连接。
5.根据权利要求1所述的车用燃料电池测试装置，其特征在于：还设有加热装置。
6.基于权利要求1-5任一项所述的车用燃料电池测试装置的工作方法，其特征在于：氢气通过所述氢气储气装置(1)供给，经所述气体过滤器一(2)过滤后气路上的供气电磁阀打开；氢气传输时，根据所述信号采集处理装置(17)发出的温度和湿度设置进气的温度和湿度，通过所述温度传感器一(4)和湿度传感器一(5)监测，经流量、压力、温度及湿度调节后氢气进入所述质子交换膜燃料电池(11)的阳极；氧气从所述氧气储气装置(19)或利用空气加压泵输入空气，后续过程与阳极气路相同。
7.根据权利要求6所述的车用燃料电池测试装置，其特征在于：阳极出口连接有气液分离装置，反应不完全气体进入所述气体收集器(8)存储。
8.根据权利要求6所述的车用燃料电池测试装置，其特征在于：阴极出口未反应完全气体直接排入大气。
9.根据权利要求6所述的车用燃料电池测试装置，其特征在于：将阴极出口与所述储水罐(10)相连，当存储超过预设的数值时，人工拧转所述手动阀(9)排出至储水罐存储。
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