CN110686900A - 一种具有水冷散热功能的燃料电池发动机测试设备 - Google Patents

一种具有水冷散热功能的燃料电池发动机测试设备 Download PDF

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Abstract

本发明涉及燃料电池测试技术领域，尤其是指一种具有水冷散热功能的燃料电池发动机测试设备，包括机架，机架装设有控制装置、水冷散热装置、燃料供给装置、负载装置以及发动机测试台，所述水冷散热装置设有若干组；通过在燃料电池发动机测试设备内部设置水冷散热装置，与燃料电池发动机通讯，控制器根据数据采集组件所检测燃料电池发动机的散热参数，来控制水冷散热装置的散热参数，从而完成燃料电池发动机的散热性能测试。本发明提供的一种具有水冷散热功能的燃料电池发动机测试设备，通过控制装置与水冷散热装置的数据通讯，自动完成燃料电池发动机的散热测试，有效提高了燃料电池发动机的散热测试效率。

Description

一种具有水冷散热功能的燃料电池发动机测试设备
技术领域
本发明涉及燃料电池测试技术领域，尤其是指一种具有水冷散热功能的燃料电池发动机测试设备。
背景技术
目前车载氢氧燃料电池发动机为了便于设计同时能够拥有更高的通风散热，都是将散热模块设计在车辆顶部或是发动机舱前部，由于车辆内空间狭小，不便于将散热模块集成为一体，都是将各模块分散在各个可利用的角落，再通过管路与燃料电池电堆进行连接，这样就导致燃料电料电池发动机在做出厂测试时，往往都是将散热模块单独设置于一个台架上，通过管路在与燃料电池电堆进行连接，操作比较繁琐，在批量化生产过程中，这种测试方法无疑极大的增加了测试操作的繁琐程度，工作效率极低。
发明内容
本发明针对现有技术的问题提供一种具有水冷散热功能的燃料电池发动机测试设备，将水冷散热装置集成在燃料电池发动机测试设备内，从而在燃料电池发动机的散热性能测试中，可以通过水冷散热装置与燃料电池发动机的散热参数匹配，来完成散热性能测试，无需再另外设置散热测试台来组装散热模块，有效提高了燃料电池发动机的测试效率。
为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：一种具有水冷散热功能的燃料电池发动机测试设备，包括机架，所述机架装设有控制装置、燃料供给装置、负载装置、发动机测试台以及若干组水冷散热装置；
所述发动机测试台用于装设燃料电池发动机，若干组所述水冷散热装置的出水口均用于与燃料电池发动机的入水口连通，若干组所述水冷散热装置的入水口均用于与燃料电池发动机的出水口连通，所述燃料供给装置用于为装设于发动机测试台的燃料电池发动机提供反应能源；所述控制装置包括控制器和数据采集组件，所述数据采集组件和负载装置分别与控制器信号连接，所述数据采集组件用于采集水冷散热装置的散热参数并传输到控制器，所述负载装置与燃料电池发动机信号连接。
优选的，所述水冷散热装置包括冷却散热器、冷却液储存器以及水泵，所述水泵设置于冷却液储存器的出水口，所述冷却散热器设有两个入水口，冷却散热器的其中一个入水口与冷却液储存器的出水口连通，冷却散热器的另一个入水口与燃料电池发动机的出水口连通，所述冷却散热器的出水口与燃料电池发动机的入水口连通。
优选的，所述冷却液储存器包括主水箱和膨胀水箱，所述主水箱与膨胀水箱连通，所述膨胀水箱与冷却散热器的一个入水口连通。
优选的，所述水冷散热装置还包括若干风冷散热器，所述风冷散热器与冷却散热器固定连接。
优选的，所述数据采集组件包括多个压力传感器、多个温度传感器以及多个流量计，多个所述压力传感器、多个所述温度传感器以及多个所述流量计均与控制器信号连接；多个所述压力传感器分别装设于所述燃料供给装置的出口、所述燃料电池发动机的燃料入口、所述燃料电池发动机的入水口以及所述燃料电池发动机的出水口；多个所述温度传感器分别装设于所述燃料电池发动机的燃料入口、所述燃料电池发动机的入水口以及所述燃料电池发动机的出水口；多个所述流量计分别装设于所述燃料电池发动机的燃料入口以及所述燃料电池发动机的入水口。
优选的，所述负载装置与所述燃料电池发动机之间设置有电流传感器和电压传感器，所述电流传感器用于检测燃料电池发动机的输出电流，所述电压传感器用于检测燃料电池发动机的输出电压，所述电流传感器和电压传感器均与控制器信号连接。
优选的，所述燃料供给装置的燃料出口依次装设有气体减压阀、单向阀以及手动阀。
优选的，所述燃料供给装置的燃料出口装设有若干防爆电磁阀以及若干气体比例调节阀。
优选的，所述机架上还固定有故障报警器。
优选的，所述机架上装设有若干卡箍，所述水冷散热装置的出水口和入水口分别与若干卡箍的一端连接，所述燃料电池发动机的出水口和入水口分别与若干卡箍的另一端连接。
本发明的有益效果：
本发明提供的一种具有水冷散热功能的燃料电池发动机测试设备，通过在燃料电池发动机测试设备内部设置水冷散热装置，能够与燃料电池发动机通讯，控制器根据数据采集组件所检测燃料电池发动机的散热参数，来控制水冷散热装置的散热参数，达到与燃料电池发动机自身散热想匹配的基础参数，从而完成燃料电池发动机的散热性能测试，这样就能避免燃料电池发动机在测试过程中自身的不同散热模块安装支架的搭建和管路连接的过程，通过控制装置与水冷散热装置的数据通讯，自动完成燃料电池发动机的散热测试，从而有效提高了燃料电池发动机的散热测试效率，也节省了搭建散热测试台的工作量。
附图说明
图1为本发明的结构信号流向示意图。
图2为本发明的燃料电池发动机与水冷散热装置、数据采集组件以及燃料供给装置的连接结构示意图。
图3为本发明的结构示意图。
图4为图3的另一视角的结构示意图。
在图1至图4中的附图标记包括：
1-机架，2-控制装置，21-控制器，22-数据采集组件，23-压力传感器，24-温度传感器，25-流量计，3-水冷散热装置，31-冷却散热器，32-冷却液储存器，33-水泵，35-主水箱，36-膨胀水箱，37-风冷散热器，4-燃料供给装置，41-气体减压阀，42-单向阀，43-手动阀，44-防爆电磁阀，45-气体比例调节阀，5-负载装置，6-发动机测试台，7-电流传感器，8-电压传感器，9-故障报警器，10-卡箍。
具体实施方式
为了便于本领域技术人员的理解，下面结合实施例与附图对本发明作进一步的说明，实施方式提及的内容并非对本发明的限定。以下结合附图对本发明进行详细的描述。
本实施例提供的一种具有水冷散热功能的燃料电池发动机测试设备，如图1至图4，包括机架1，所述机架1装设有控制装置2、燃料供给装置4、负载装置5、发动机测试台6以及若干组水冷散热装置3；所述发动机测试台6用于装设燃料电池发动机以使得本实施例的测试设备对燃料电池发动机进行检测，若干组所述水冷散热装置3的出水口均与燃料电池发动机的入水口连通，所述燃料电池发动机的出水口与若干组水冷散热装置3的入水口连通，所述燃料供给装置4用于为装设于发动机测试台6上的燃料电池发动机提供反应能源；所述控制装置2包括控制器21和数据采集组件22，所述数据采集组件22和负载装置5分别与控制器21信号连接，所述数据采集组件22用于采集水冷散热装置3的散热参数并传输到控制器21，所述负载装置5与所述燃料电池发动机信号连接。优选的，控制器21可采用PLC控制器，但不限于PLC控制器；燃料供给装置4采用现有的氢气以及氮气供给装置，负载装置5可以采用加热器等可以消耗电能的电子负载。
具体地，燃料电池发动机为现有技术，本发明的工作原理为：将燃料电池发动机安装于发动机测试台6上后，燃料电池发动机的电堆接收来自燃料供给装置4的燃料并燃烧，产生电能，负载装置5与燃料电池发动机电连接，接收燃料电池发动机产生的电能，并通过恒功率或者恒流模式消耗燃料电池发动机产生的电能并将电能消耗数据记录下来，并且实时将记录的电能消耗数据传输到控制器21上进行分析；燃料供给装置4与燃料电池发动机之间通过不锈钢管路进行连接，数据采集组件22采集不锈钢管路中，例如燃料供给装置4的燃料出口的气体压力、温度、气体流量等参数，燃料电池发动机的燃料入口以及冷却液的入水口的温度、压力以及冷却液的流量等参数，并将所检测的参数发送到控制器21中进行分析；控制器21根据接收到数据采集装置的数据和负载装置5的数据，对水冷散热装置3的冷却液温度、流量等参数进行调节，从而保证水冷散热装置3在测试使用过程中，能与燃料电池发动机原来的散热性能匹配。
通过在本实施例的测试设备内部设置水冷散热装置3，能够与燃料电池发动机通讯，控制器21根据数据采集组件22所检测燃料电池发动机的散热参数，来控制水冷散热装置3的散热参数，达到与燃料电池发动机自身散热想匹配的基础参数，从而完成燃料电池发动机的散热性能测试，这样就能避免燃料电池发动机在测试过程中自身的不同散热模块安装支架的搭建和管路连接的过程，通过控制装置2与水冷散热装置3的数据通讯，自动完成燃料电池发动机的散热测试，从而有效提高了燃料电池发动机的散热测试效率，也节省了搭建散热测试台的工作量。本实施例的测试设备能够使用一台设备测试不同功率规格的燃料电池发动机，同时在测试过程中，无需针对不同的燃料电池发动机设置不同的散热模块台架，统一使用燃料电池发动机测试台6内部的水冷散热装置3，方便连接与操作，测试数据统一存储并进行校对，测试结果更加准确；另外，借助水冷散热装置3和负载装置5，燃料电池发动机测试设备能够模拟各种工况，代替原始的路况测试，直接进行性能和功能测试，从而大大降低测试成本。
本实施例提供的一种具有水冷散热功能的燃料电池发动机测试设备，如图2和图3，单组所述水冷散热装置3包括冷却散热器31、冷却液储存器32以及水泵33，所述水泵33设置于冷却液储存器32的出水口，所述冷却散热器31设有两个入水口(图中未示出)，冷却散热器31的其中一个入水口与冷却液储存器32的出水口连通，冷却散热器31的另一个入水口与燃料电池发动机的出水口连通，所述冷却散热器31的出水口与燃料电池发动机的入水口连通。
具体地，冷却液储存器32的出水口到燃料电池发动机的入水口之间的管路设置有去离子过滤器(图中未示出)；冷却液储存器32为冷却散热器31提供冷却液，冷却液在冷却散热器31内进行冷却，接着流动到燃料电池发动机进行冷却散热，吸收燃料电池发动机的热量后，冷却液再回流到冷却散热器31内重新进行冷却；水泵33采用循环水泵33，可及时补充冷却散热器31内的冷却液，冷却液在进入燃料电池发动机前先经过去离子过滤器，保证冷却液内不带有杂质离子，防止在散热过程中发生反应，影响测试精度。
本实施例提供的一种具有水冷散热功能的燃料电池发动机测试设备，如图2、图3和图4，所述冷却液储存器32包括主水箱35和膨胀水箱36，所述主水箱35与膨胀水箱36连通，所述膨胀水箱36与冷却散热器31的一个入水口连通。
具体地，设置膨胀水箱36，由膨胀水箱36容纳冷却过程中的水膨胀量，在热胀冷缩中，可减小因水的膨胀而造成的水压波动，提高了水冷散热装置3运行的安全、可靠性，当由于某种原因漏水或冷却液降温时，膨胀水箱36水位下降，为系统补水；膨胀水箱36还可以起到稳定水冷散热装置3的水压力和排除水在加热过程中所释放出来的空气。
本实施例提供的一种具有水冷散热功能的燃料电池发动机测试设备，如图2和图3，所述水冷散热装置3还包括若干风冷散热器37，所述风冷散热器37与冷却散热器31固定连接。
具体地，结合风冷散热和冷却液散热两个功能，风冷散热器37协助冷却散热器31的冷却液散热，从而可以保证冷却液更快的冷却。
本实施例提供的一种具有水冷散热功能的燃料电池发动机测试设备，如图2，所述数据采集组件22包括多个压力传感器23、多个温度传感器24以及多个流量计25，多个所述压力传感器23、多个温度传感器24以及多个流量计25均与控制器21信号连接；多个所述压力传感器23分别装设于所述燃料供给装置4的出口、所述燃料电池发动机的燃料入口、所述燃料电池发动机的入水口以及所述燃料电池发动机的出水口；多个所述温度传感器24分别装设于所述燃料电池发动机的燃料入口、所述燃料电池发动机的入水口以及所述燃料电池发动机的出水口；多个所述流量计25分别装设于所述燃料电池发动机的燃料入口以及所述燃料电池发动机的入水口。
具体地，通过压力传感器23分别检测燃料供给装置4的出口的燃料气体的压力和燃料电池发动机的燃料入口的气体压力，可以实时保证管道中的燃料气体的气体压力保持在正常的范围内；检测燃料电池发动机的入水口和出水口的冷却液的压力，可以通过调整该冷却液压力使管路中的冷却液的量保持稳定。通过温度传感器24检测管路中燃料气体的温度，可以检测调整燃料气体保持在安全的温度范围内，检测燃料电池发动机的入水口和出水口的冷却液的温度，通过流量计25检测燃料气体的流量以及冷却液的流量，从而可以结合负载装置5的电能消耗数据。通过控制器21调整冷却散热器31以及风冷散热器37的工作功率，从而保证散热参数与燃料电池发动机的原散热参数匹配，在测试过程中，无需针对不同的燃料电池发动机设置不同的散热模块台架，统一使用燃料电池发动机测试台6内部的水冷散热装置3，结合数据采集组件22的采集数据进行参数调整，从而使得水冷散热装置3适用于各种功率不同的燃料电池发动机。
本实施例提供的一种具有水冷散热功能的燃料电池发动机测试设备，如图2，所述负载装置5与所述燃料电池发动机之间设置有电流传感器7和电压传感器8，所述电流传感器7用于检测燃料电池发动机的输出电流，所述电压传感器8用于检测燃料电池发动机的输出电压，所述电流传感器7和电压传感器8均与控制器21信号连接。
具体地，该燃料电池发动机测试设备能够测试燃料电池的电堆与动力电池的组合的使用性能参数，通过在设置电压传感器8和电流传感器7，实时监测负载装置5与燃料电池发动机的连接线路的电流分配，掌握燃料电池发动机的各部分结构的能量分配，能够更加细致的分析研究燃料电池发动机的动力分配情况。
本实施例提供的一种具有水冷散热功能的燃料电池发动机测试设备，如图2、图3和图4，所述燃料供给装置4的燃料出口依次装设有气体减压阀41、单向阀42以及手动阀43；所述燃料供给装置4的燃料出口装设有若干防爆电磁阀44以及若干气体比例调节阀45。
具体地，通过气体减压阀41减小不锈钢管路中的燃料气体的气压，防止气体气压过大而引起的安全问题；单向阀42和手动阀43可以进一步提升不锈钢管路的使用安全；燃料供给装置4内的燃料气体在使用过程中容易因外界的因素出现爆炸，所以经由防爆电磁阀44来减小爆炸风险；气体比例调节阀45可以调节不锈钢管路中的氢气和氮气比例。
本实施例提供的一种具有水冷散热功能的燃料电池发动机测试设备，如图3和图4，所述机架1上还固定有故障报警器9。
具体地，燃料供给装置4的不锈钢管路中设置有漏氢传感器(图中未示出)，冷却散热器31的两个入水口中均设置有液位传感器(图中未示出)，通过漏氢传感器、液位传感器、压力传感器23、温度传感器24、流量计25等器件对不锈钢管路中的压力、温度等参数进行检测，若检测数值不在正常范围内，则通过故障报警器9报警，通知工作人员，提高了安全性。
本实施例提供的一种具有水冷散热功能的燃料电池发动机测试设备，如图4，所述机架1上装设有若干卡箍10，所述水冷散热装置3的出水口和入水口分别与若干卡箍10的一端连接，所述燃料电池发动机的出水口和入水口分别与若干卡箍10的另一端连接。
具体地，通过卡箍10接通水冷散热装置3和燃料电池发动机，方便快速连接进行散热测试。
以上所述，仅是本发明较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明以较佳实施例公开如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当利用上述揭示的技术内容作出些许变更或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明技术是指对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均属于本发明技术方案的范围内。

Claims (10)

1.一种具有水冷散热功能的燃料电池发动机测试设备，包括机架，其特征在于：所述机架装设有控制装置、燃料供给装置、负载装置、发动机测试台以及若干组水冷散热装置；
所述发动机测试台用于装设燃料电池发动机，若干组所述水冷散热装置的出水口均用于与燃料电池发动机的入水口连通，若干组所述水冷散热装置的入水口均用于与燃料电池发动机的出水口连通，所述燃料供给装置用于为装设于发动机测试台的燃料电池发动机提供反应能源；所述控制装置包括控制器和数据采集组件，所述数据采集组件和负载装置分别与控制器信号连接，所述数据采集组件用于采集水冷散热装置的散热参数并传输到控制器，所述负载装置与燃料电池发动机信号连接。
2.根据权利要求1所述一种具有水冷散热功能的燃料电池发动机测试设备，其特征在于：所述水冷散热装置包括冷却散热器、冷却液储存器以及水泵，所述水泵设置于冷却液储存器的出水口，所述冷却散热器设有两个入水口，冷却散热器的其中一个入水口与冷却液储存器的出水口连通，冷却散热器的另一个入水口与燃料电池发动机的出水口连通，所述冷却散热器的出水口与燃料电池发动机的入水口连通。
3.根据权利要求2所述一种具有水冷散热功能的燃料电池发动机测试设备，其特征在于：所述冷却液储存器包括主水箱和膨胀水箱，所述主水箱与膨胀水箱连通，所述膨胀水箱与冷却散热器的一个入水口连通。
4.根据权利要求2所述一种具有水冷散热功能的燃料电池发动机测试设备，其特征在于：所述水冷散热装置还包括若干风冷散热器，所述风冷散热器与冷却散热器固定连接。
5.根据权利要求1所述一种具有水冷散热功能的燃料电池发动机测试设备，其特征在于：所述数据采集组件包括多个压力传感器、多个温度传感器以及多个流量计，多个所述压力传感器、多个所述温度传感器以及多个所述流量计均与控制器信号连接；
多个所述压力传感器分别装设于所述燃料供给装置的出口、所述燃料电池发动机的燃料入口、所述燃料电池发动机的入水口以及所述燃料电池发动机的出水口；
多个所述温度传感器分别装设于所述燃料电池发动机的燃料入口、所述燃料电池发动机的入水口以及所述燃料电池发动机的出水口；
多个所述流量计分别装设于所述燃料电池发动机的燃料入口以及所述燃料电池发动机的入水口。
6.根据权利要求1所述一种具有水冷散热功能的燃料电池发动机测试设备，其特征在于：所述负载装置与所述燃料电池发动机之间设置有电流传感器和电压传感器，所述电流传感器用于检测燃料电池发动机的输出电流，所述电压传感器用于检测燃料电池发动机的输出电压，所述电流传感器和电压传感器均与控制器信号连接。
7.根据权利要求1所述一种具有水冷散热功能的燃料电池发动机测试设备，其特征在于：所述燃料供给装置的燃料出口依次装设有气体减压阀、单向阀以及手动阀。
8.根据权利要求1所述一种具有水冷散热功能的燃料电池发动机测试设备，其特征在于：所述燃料供给装置的燃料出口装设有若干防爆电磁阀以及若干气体比例调节阀。
9.根据权利要求1所述一种具有水冷散热功能的燃料电池发动机测试设备，其特征在于：所述机架上还固定有故障报警器。
10.根据权利要求1所述一种具有水冷散热功能的燃料电池发动机测试设备，其特征在于：所述机架上装设有若干卡箍，所述水冷散热装置的出水口和入水口分别与若干卡箍的一端连接，所述燃料电池发动机的出水口和入水口分别与若干卡箍的另一端连接。
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