CN108169688A - 燃料电池测试台加湿气体和电池堆水平衡检测装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种燃料电池测试台加湿气体和电池堆水平衡检测装置及方法，该装置包括支架，支架上固定有2路水汽分离检测机构，水汽分离检测机构包括水汽分离单元、冷凝单元、分离水称重单元、冷凝水称重单元、气体温度检测单元和处理器，水汽分离单元气体输入端连接测试台加湿气体输出端或电堆阴阳极出口，水汽分离单元分离水输出端连接分离水称重单元，水汽分离单元分离气体输出端连接冷凝单元，冷凝单元冷凝水输出端连接冷凝水称重单元，气体温度检测单元分别设置在水汽分离单元气体输入端和冷凝单元气体输出端，分离水称重单元、冷凝水称重单元和气体温度检测单元均连接处理器。与现有技术相比，本发明结构简单，便于测试。

Description

燃料电池测试台加湿气体和电池堆水平衡检测装置及方法
技术领域
本发明涉及一种燃料电池测试装置及方法，尤其是涉及一种燃料电池测试台加湿气体和电池堆水平衡检测装置及方法。
背景技术
在燃料电池测试过程中，需要对燃料和氧化剂进行不同程度的加湿，目前常用的方法为鼓泡加喷雾法，但对于该方法的实际加湿情况，目前只能以湿度探测仪来标定，但由于价格昂贵且在有冷凝水时测量存在较大偏差；燃料电池堆在放电运行过程中，暂无实际评判阴阳极生成水量与各组件的渗透量的方法，因此，在燃料电池中，需要一个经济实用又可以精确检测水平衡状态的装置。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种燃料电池测试台加湿气体和电池堆水平衡检测装置及方法。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种燃料电池测试台加湿气体和电池堆水平衡检测装置，该装置包括支架，所述的支架上固定有2路水汽分离检测机构，所述的水汽分离检测机构包括水汽分离单元、冷凝单元、分离水称重单元、冷凝水称重单元、气体温度检测单元和处理器，所述的水汽分离单元气体输入端连接测试台加湿气体输出端或电堆阴阳极出口，水汽分离单元分离水输出端连接分离水称重单元，水汽分离单元分离气体输出端连接冷凝单元，冷凝单元冷凝水输出端连接冷凝水称重单元，所述的气体温度检测单元分别设置在水汽分离单元气体输入端和冷凝单元气体输出端，所述的分离水称重单元、冷凝水称重单元和气体温度检测单元均连接所述的处理器；
检测燃料电池测试台加湿气体时，使用其中1路水汽分离检测机构，测试台加湿气体输出端连接水汽分离单元气体输入端；
检测电池堆水平衡时，使用2路水气分离检测机构，2路水气分离检测机构的水汽分离单元气体输入端分别连接电堆阴极出口以及电池堆阳极出口。
所述的水汽分离单元水汽分离器和球阀，水汽分离器气体输入端连接测试台加湿气体输出端或电堆阴阳极出口，水汽分离器分离水输出端通过球阀连接分离水称重单元，水汽分离单元分离气体输出端连接冷凝单元。
所述的冷凝单元包括水箱、环形冷凝铜管和水循环泵，所述的环形冷凝铜管设置在水箱中，所述的水箱通过水循环泵连接循环水，环形冷凝铜管输入端连接水汽分离单元分离气体输出端，环形冷凝铜管冷凝水输出端连接冷凝水称重单元。
所述的分离水称重单元包括第一储水罐以及用于称量第一储水罐储存的分离水质量的第一分析天平，所述的第一储水罐连接水汽分离单元分离水输出端。
所述的冷凝水称重单元包括第二储水罐以及用于称量第二储水罐储存的冷凝水质量的第二分析天平，所述的第二储水罐连接冷凝单元冷凝水输出端。
所述的水汽分离单元固定在支架面板上，水汽分离单元的气体输入端和分离气体输出端的高度均低于加湿气体输出端以及电堆阴阳极出口的高度。
所述的气体温度检测单元包括温度传感器。
所述的支架底部设有行走轮。
一种采用如上述燃料电池测试台加湿气体和电池堆水平衡检测装置进行检测的方法，该方法具体为：
当检测测试台加湿气体时：
(11)测试台加湿气体输出端连接至1路水汽分离检测机构中的水汽分离单元气体输入端，分离水称重单元称量分离水的重量为m1，冷凝水称重单元称量冷凝水的重量为m2，气体温度检测单元检测水汽分离单元气体输入端加湿气体温度为T1，气体温度检测单元检测冷凝单元气体输出端气体温度为T2，同时测量水汽分离单元气体输入端加湿气体流量L；
(12)计算测试台理论加湿水质量：X1＝L×W1×RH×t1，测试台实际加湿水质量：X2＝m1+m2+L×W2×t1，其中，W1为T1温度下对应饱和湿气体中的含水量，RH为理想加湿气体相对湿度，W2为T2温度下对应饱和湿气体中的含水量，t1为加湿气体测试总时间；
(13)比较X1和X2判断测试台加湿气体是否合格；
当检测电池堆水平衡时，此时电堆为放电状态：
(21)分别将电池堆阴极出口和阳极出口连接至1路水汽分离检测机构中的水汽分离单元气体输入端，2个分离水称重单元称量阴极分离水的重量为m11，阳极分离水的重量为m21，2个冷凝水称重单元称量阴极冷凝水的重量为m12，阳极冷凝水的重量为m22，气体温度检测单元检测阴极出口加湿气体温度为T11，阳极出口加湿气体温度为T21，气体温度检测单元检测阴极测试1路的冷凝单元气体输出端气体温度为T12，气体温度检测单元检测阳极测试1路的冷凝单元气体输出端气体温度为T22；
(22)计算阳极侧净水迁移量：Y2＝m21+m22+L2×W22×t-L2×(a2-1)×W21×RH×t，其中L2为水汽分离单元气体输入端的阳极气体流量，W22为T22温度下对应饱和湿气体中的含水量，W21为T21温度下对应饱和湿气体中的含水量，RH为理想加湿气体相对湿度，t为电池堆水平衡测试的总时间，a2为过量系数，a2>1；
(23)计算阴极侧净水迁移量：Y1＝G+L1×W11×RH×t-[m11+m12+L1×(a1-1)×W12×t]，G为阴极产水量，G＝L1/a1/22.4×2×18，L1为水汽分离单元气体输入端的阴极气体流量，W11为T11温度下对应饱和湿气体中的含水量，W12为T12温度下对应饱和湿气体中的含水量，RH为理想加湿气体相对湿度，t为电池堆水平衡测试的总时间，a1为过量系数，a1>1；
(24)比较Y1和Y2得到电池堆水平衡状态。
与现有技术相比，本发明具有如下优点：
(1)本发明设置的装置通过设置2路水汽分离检测机构，既适用于燃料电池测试台加湿气体的检测，又适用于电池堆水平衡的检测，结构简易，适用范围广；
(2)本发明装置设置行走轮方便推动，便于测试过程中使用；
(3)本发明对加湿气体先水汽分离再冷凝，然后称量分离水以及冷凝水的质量，同时根据加湿气体温度以及冷凝后气体温度来换算成相应气体含水量，最后利用分离水质量、冷凝水质量以及相应气体含水量实现加湿气体和电池堆水平衡检测，结构准确可靠。
附图说明
图1为本发明燃料电池测试台加湿气体和电池堆水平衡检测装置的结构示意图。
图中，1为支架，2为水汽分离器，3为球阀，4为第一储水罐，5为水箱，6为环形冷凝铜管，7为水循环泵，8为第二储水罐，9为温度传感器，10为行走轮。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
实施例
如图1所示，一种燃料电池测试台加湿气体和电池堆水平衡检测装置，该装置包括支架，支架上固定有2路水汽分离检测机构，水汽分离检测机构包括水汽分离单元、冷凝单元、分离水称重单元、冷凝水称重单元、气体温度检测单元和处理器，水汽分离单元气体输入端连接测试台加湿气体输出端或电堆阴阳极出口，水汽分离单元分离水输出端连接分离水称重单元，水汽分离单元分离气体输出端连接冷凝单元，冷凝单元冷凝水输出端连接冷凝水称重单元，气体温度检测单元分别设置在水汽分离单元气体输入端和冷凝单元气体输出端，分离水称重单元、冷凝水称重单元和气体温度检测单元均连接处理器，处理器能实现自动处理，实现自动化检测；
检测燃料电池测试台加湿气体时，使用其中1路水汽分离检测机构，测试台加湿气体输出端连接水汽分离单元气体输入端；
检测电池堆水平衡时，使用2路水气分离检测机构，2路水气分离检测机构的水汽分离单元气体输入端分别连接电堆阴极出口以及电池堆阳极出口。
水汽分离单元水汽分离器和球阀，水汽分离器气体输入端连接测试台加湿气体输出端或电堆阴阳极出口，水汽分离器分离水输出端通过球阀连接分离水称重单元，水汽分离单元分离气体输出端连接冷凝单元。
冷凝单元包括水箱、环形冷凝铜管和水循环泵，环形冷凝铜管设置在水箱中，水箱通过水循环泵连接循环水，环形冷凝铜管输入端连接水汽分离单元分离气体输出端，环形冷凝铜管冷凝水输出端连接冷凝水称重单元。
分离水称重单元包括第一储水罐以及用于称量第一储水罐储存的分离水质量的第一分析天平，第一储水罐连接水汽分离单元分离水输出端。
冷凝水称重单元包括第二储水罐以及用于称量第二储水罐储存的冷凝水质量的第二分析天平，第二储水罐连接冷凝单元冷凝水输出端。
水汽分离单元固定在支架面板上，水汽分离单元的气体输入端和分离气体输出端的高度均低于加湿气体输出端以及电堆阴阳极出口的高度。
气体温度检测单元包括温度传感器。
支架底部设有行走轮，方便推着该装置走动，从而方便使用。
一种采用如上述燃料电池测试台加湿气体和电池堆水平衡检测装置进行检测的方法，该方法具体为：
当检测测试台加湿气体时：
(11)测试台加湿气体输出端连接至1路水汽分离检测机构中的水汽分离单元气体输入端，分离水称重单元称量分离水的重量为m1，冷凝水称重单元称量冷凝水的重量为m2，气体温度检测单元检测水汽分离单元气体输入端加湿气体温度为T1，气体温度检测单元检测冷凝单元气体输出端气体温度为T2，同时测量水汽分离单元气体输入端加湿气体流量L；
(12)计算测试台理论加湿水质量：X1＝L×W1×RH×t1，测试台实际加湿水质量：X2＝m1+m2+L×W2×t1，其中，W1为T1温度下对应饱和湿气体中的含水量，RH为理想加湿气体相对湿度，W2为T2温度下对应饱和湿气体中的含水量，t1为加湿气体测试总时间；
(13)比较X1和X2判断测试台加湿气体是否合格；
当检测电池堆水平衡时，此时电堆为放电状态：
(21)分别将电池堆阴极出口和阳极出口连接至1路水汽分离检测机构中的水汽分离单元气体输入端，2个分离水称重单元称量阴极分离水的重量为m11，阳极分离水的重量为m21，2个冷凝水称重单元称量阴极冷凝水的重量为m12，阳极冷凝水的重量为m22，气体温度检测单元检测阴极出口加湿气体温度为T11，阳极出口加湿气体温度为T21，气体温度检测单元检测阴极测试1路的冷凝单元气体输出端气体温度为T12，气体温度检测单元检测阳极测试1路的冷凝单元气体输出端气体温度为T22；
(22)计算阳极侧净水迁移量：Y2＝m21+m22+L2×W22×t-L2×(a2-1)×W21×RH×t，其中L2为水汽分离单元气体输入端的阳极气体流量，W22为T22温度下对应饱和湿气体中的含水量，W21为T21温度下对应饱和湿气体中的含水量，RH为理想加湿气体相对湿度，t为电池堆水平衡测试的总时间，a2为过量系数，a2>1；
(23)计算阴极侧净水迁移量：Y1＝G+L1×W11×RH×t-[m11+m12+L1×(a1-1)×W12×t]，G为阴极产水量，G＝L1/a1/22.4×2×18，L1为水汽分离单元气体输入端的阴极气体流量，W11为T11温度下对应饱和湿气体中的含水量，W12为T12温度下对应饱和湿气体中的含水量，RH为理想加湿气体相对湿度，t为电池堆水平衡测试的总时间，a1为过量系数，a1>1；
(24)比较Y1和Y2得到电池堆水平衡状态。

Claims (9)

1.一种燃料电池测试台加湿气体和电池堆水平衡检测装置，该装置包括支架，其特征在于，所述的支架上固定有2路水汽分离检测机构，所述的水汽分离检测机构包括水汽分离单元、冷凝单元、分离水称重单元、冷凝水称重单元、气体温度检测单元和处理器，所述的水汽分离单元气体输入端连接测试台加湿气体输出端或电堆阴阳极出口，水汽分离单元分离水输出端连接分离水称重单元，水汽分离单元分离气体输出端连接冷凝单元，冷凝单元冷凝水输出端连接冷凝水称重单元，所述的气体温度检测单元分别设置在水汽分离单元气体输入端和冷凝单元气体输出端，所述的分离水称重单元、冷凝水称重单元和气体温度检测单元均连接所述的处理器；
检测燃料电池测试台加湿气体时，使用其中1路水汽分离检测机构，测试台加湿气体输出端连接水汽分离单元气体输入端；
检测电池堆水平衡时，使用2路水气分离检测机构，2路水气分离检测机构的水汽分离单元气体输入端分别连接电堆阴极出口以及电池堆阳极出口。
2.根据权利要求1所述的一种燃料电池测试台加湿气体和电池堆水平衡检测装置，其特征在于，所述的水汽分离单元水汽分离器和球阀，水汽分离器气体输入端连接测试台加湿气体输出端或电堆阴阳极出口，水汽分离器分离水输出端通过球阀连接分离水称重单元，水汽分离单元分离气体输出端连接冷凝单元。
3.根据权利要求1所述的一种燃料电池测试台加湿气体和电池堆水平衡检测装置，其特征在于，所述的冷凝单元包括水箱、环形冷凝铜管和水循环泵，所述的环形冷凝铜管设置在水箱中，所述的水箱通过水循环泵连接循环水，环形冷凝铜管输入端连接水汽分离单元分离气体输出端，环形冷凝铜管冷凝水输出端连接冷凝水称重单元。
4.根据权利要求1所述的一种燃料电池测试台加湿气体和电池堆水平衡检测装置，其特征在于，所述的分离水称重单元包括第一储水罐以及用于称量第一储水罐储存的分离水质量的第一分析天平，所述的第一储水罐连接水汽分离单元分离水输出端。
5.根据权利要求1所述的一种燃料电池测试台加湿气体和电池堆水平衡检测装置，其特征在于，所述的冷凝水称重单元包括第二储水罐以及用于称量第二储水罐储存的冷凝水质量的第二分析天平，所述的第二储水罐连接冷凝单元冷凝水输出端。
6.根据权利要求1所述的一种燃料电池测试台加湿气体和电池堆水平衡检测装置，其特征在于，所述的水汽分离单元固定在支架面板上，水汽分离单元的气体输入端和分离气体输出端的高度均低于加湿气体输出端以及电堆阴阳极出口的高度。
7.根据权利要求1所述的一种燃料电池测试台加湿气体和电池堆水平衡检测装置，其特征在于，所述的气体温度检测单元包括温度传感器。
8.根据权利要求1所述的一种燃料电池测试台加湿气体和电池堆水平衡检测装置，其特征在于，所述的支架底部设有行走轮。
9.一种采用如上述权利要求1～8任意一项燃料电池测试台加湿气体和电池堆水平衡检测装置进行检测的方法，其特征在于，该方法具体为：
当检测测试台加湿气体时：
(11)测试台加湿气体输出端连接至1路水汽分离检测机构中的水汽分离单元气体输入端，分离水称重单元称量分离水的重量为m1，冷凝水称重单元称量冷凝水的重量为m2，气体温度检测单元检测水汽分离单元气体输入端加湿气体温度为T1，气体温度检测单元检测冷凝单元气体输出端气体温度为T2，同时测量水汽分离单元气体输入端加湿气体流量L；
(12)计算测试台理论加湿水质量：X1＝L×W1×RH×t1，测试台实际加湿水质量：X2＝m1+m2+L×W2×t1，其中，W1为T1温度下对应饱和湿气体中的含水量，RH为理想加湿气体相对湿度，W2为T2温度下对应饱和湿气体中的含水量，t1为加湿气体测试总时间；
(13)比较X1和X2判断测试台加湿气体是否合格；
当检测电池堆水平衡时，此时电堆为放电状态：
(21)分别将电池堆阴极出口和阳极出口连接至1路水汽分离检测机构中的水汽分离单元气体输入端，2个分离水称重单元称量阴极分离水的重量为m11，阳极分离水的重量为m21，2个冷凝水称重单元称量阴极冷凝水的重量为m12，阳极冷凝水的重量为m22，气体温度检测单元检测阴极出口加湿气体温度为T11，阳极出口加湿气体温度为T21，气体温度检测单元检测阴极测试1路的冷凝单元气体输出端气体温度为T12，气体温度检测单元检测阳极测试1路的冷凝单元气体输出端气体温度为T22；
(22)计算阳极侧净水迁移量：Y2＝m21+m22+L2×W22×t-L2×(a2-1)×W21×RH×t，其中L2为水汽分离单元气体输入端的阳极气体流量，W22为T22温度下对应饱和湿气体中的含水量，W21为T21温度下对应饱和湿气体中的含水量，RH为理想加湿气体相对湿度，t为电池堆水平衡测试的总时间，a2为过量系数，a2>1；
(23)计算阴极侧净水迁移量：Y1＝G+L1×W11×RH×t-[m11+m12+L1×(a1-1)×W12×t]，G为阴极产水量，G＝L1/a1/22.4×2×18，L1为水汽分离单元气体输入端的阴极气体流量，W11为T11温度下对应饱和湿气体中的含水量，W12为T12温度下对应饱和湿气体中的含水量，RH为理想加湿气体相对湿度，t为电池堆水平衡测试的总时间，a1为过量系数，a1>1；
(24)比较Y1和Y2得到电池堆水平衡状态。
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