CN111257756A - 燃料电池测试系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种燃料电池测试系统，用于燃料电池的测试，包括：空气供应模块、氢气供应模块；空气供应模块用于向燃料电池供应空气，氢气供应模块向燃料电池供应氢气；空气供应模块包括至少两条空气支路，至少两条空气支路具有不同的管径，至少两条空气支路能够分别向燃料电池供应空气；氢气供应模块包括至少两条氢气支路，至少两条氢气支路具有不同的管径，至少两条氢气支路能够分别向燃料电池供应氢气。本发明提供的燃料电池测试系统，并联设置多各不同的管径支路，便于系统对不同功率燃料电池电堆进行测试。
Description
技术领域
本发明属于燃料电池技术领域，具体涉及一种燃料电池测试系统。
背景技术
质子交换膜燃料电池是一种通过化学反应将燃料和氧化剂的化学能直接转化成电能的装置，由于其噪音低、能量转换效率高、污染零排放、室温条件下启动速度快等优点，在备用电源、汽车、船舶、航海等领域具有广阔的应用前景。
对于燃料电池电堆的测试，需要根据燃料电池电堆的功率选择不同测试范围的测试平台，低气量运行条件，容易造成气体备压不稳，造成测试结果的波动，在高气量的运行条件下，由于气体本身管阻的问题，容易造成实际工作压力远大于所设置的压力，使得压力控制失准，造成电堆由于运行条件不温稳造成损坏。现有的测试平台只能提供单一的测试环境，无法对不同功率燃料电池电堆进行同时测试。
发明内容
因此，本发明要解决的技术问题是现有的测试平台只能提供单一的测试环境，无法对不同功率燃料电池电堆进行同时测试，从而提供一种燃料电池测试系统。
为了解决上述问题，本发明提供一种燃料电池测试系统，用于燃料电池的测试，包括：
空气供应模块、氢气供应模块；
空气供应模块用于向燃料电池供应空气，氢气供应模块向燃料电池供应氢气；
空气供应模块包括至少两条空气支路，至少两条空气支路具有不同的管径，至少两条空气支路能够分别向燃料电池供应空气；
氢气供应模块包括至少两条氢气支路，至少两条氢气支路具有不同的管径，至少两条氢气支路能够分别向燃料电池供应氢气。
优选地，空气供应模块包括至少两个空气供应子模块，每个空气供应子模块均包括至少两条不同管径的空气支路；氢气供应模块包括至少两个氢气供应子模块，每个氢气供应子模块均包括至少两条不同管径的氢气支路。
优选地，空气供应模块包括两个空气供应子模块，每个空气供应子模块包括三条不同管径的空气支路，氢气供应模块包括两个氢气供应子模块，每个氢气供应子模块均包括三条不同管径的氢气支路。
优选地，空气供应模块包括空压机，空压机依次连接第一减压阀、第一压力传感器、第一电磁阀、空气过滤器，空气过滤器输出端分别连接至至少两个空气供应子模块，每个空气供应子模块均连接至一个燃料电池。
优选地，空气供应子模块包括沿供应方向依次设置的第一流量计、第二压力传感器、至少两条空气支路，至少两条空气支路并联连接在第一流量计的出口，至少两条空气支路的出口相连并连接至燃料电池。
优选地，空气支路包括第二流量计，第二流量计的沿供气方向的上游和下游分别设有第五电磁阀和第六电磁阀。
优选地，空气支路与燃料电池之间设有第七电磁阀。
优选地，第一流量计与空气支路之间还设有干湿双路装置，干湿双路装置包括加湿支路、非加湿支路，加湿支路设有空气加湿器。
优选地，氢气供应模块包括氢气气源，氢气气源依次连接第二减压阀、第三压力传感器、第三减压阀、第四压力传感器、第八电磁阀，第八电磁阀的出口并联连接至少两个氢气供应子模块，至少两个氢气供应子模块连接至燃料电池的氢气入口。
优选地，氢气供应子模块包括第三流量计，第三流量计的出口并联连接至少两个氢气支路，至少两条氢气支路的出口相连并连接至燃料电池的氢气入口。
优选地，第三流量计的上游还设有第九电磁阀。
优选地，氢气支路包括第四流量计，第四流量计的沿供气方向的上游和下
优选地，氢气供应模块还包括氢气回收支路，氢气回收支路的进口连接至燃料电池的氢气进口，氢气回收支路的出口连接在至少两个氢气供应子模块的上游。
优选地，氢气回收支路包括水汽分离器、氢气循环泵、储气罐。
优选地，燃料电池测试系统还包括冷却模块，冷却模块用于燃料电池的循环冷却。
优选地，冷却模块包括至少两条设有循环水泵的循环回路，每条循环回路均连接一燃料电池，冷却模块还包括热交换器，循环回路能够通过热交换器换热。
优选地，冷却模块还包括循环水箱，循环水箱设有冷却风机。
本发明提供的燃料电池测试系统至少具有下列有益效果：
1、本发明提供的燃料电池测试系统，并联设置多各不同的管径支路，便于系统对不同功率燃料电池电堆进行测试，且具有不同支路管径的管路选择，在流量误差范围控制即稳定气体背压具有明显的优势，为燃料电池电堆的测试提供精确稳定的测试条件，实现一台测试系统多台燃料电池电堆测试，同时，多管路的选择为燃料电池电堆测试扩大了测试系统的测试功率范围，已态测试系统实现多种功率的精确控制测试。
2、本发明的燃料电池测试系统，借助多个供气子模块，能够实现同时对多台燃料电池同步检测，提高测试设备利用率，提高测试效率。
附图说明
图1为本发明实施例的燃料电池测试系统的结构示意图。
附图标记表示为：
1、空气供应模块；2、氢气供应模块；3、冷却模块；4、燃料电池；
101、空压机；102、第一减压阀；103、第一压力传感器；104、第一电磁阀；105、空气过滤器；106、第一流量计；107、第二压力传感器；108、空气加湿器；109、空气支路；110、第二流量计；111、第五电磁阀；117、第六电磁阀；118、第七电磁阀；
201、氢气气源；202、第二减压阀；203、第三压力传感器；204、第三减压阀；205、第四压力传感器；206、第八电磁阀；207、第九电磁阀；208、第三流量计；209、氢气支路；210、第四流量计；211、第十电磁阀；212、第十一电磁阀；213、氢气回收支路；214、水汽分离器；215、氢气循环泵；216、储气罐；
301、循环回路；302、热交换器；303、循环水泵；304、循环水箱；305、冷却风机。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明具体实施例及相应的附图对本发明技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
结合图1所示，一种燃料电池测试系统，用于燃料电池4的测试，包括：空气供应模块1、氢气供应模块2；空气供应模块1用于向燃料电池4供应空气，氢气供应模块2向燃料电池4供应氢气；空气供应模块1包括至少两条空气支路109，至少两条空气支路109具有不同的管径，至少两条空气支路109能够分别向燃料电池4供应空气；氢气供应模块2包括至少两条氢气支路209，至少两条氢气支路209具有不同的管径，至少两条氢气支路209能够分别向燃料电池4供应氢气。
本发明实施例提供的燃料电池测试系统，并联设置多个不同的管径支路，便于系统对不同功率燃料电池电堆进行同时的测试，且具有不同支路管径的管路选择，在流量误差范围控制即稳定气体背压具有明显的优势，为燃料电池电堆的测试提供精确稳定的测试条件，实现一台测试系统多台燃料电池电堆测试，同时，多管路的选择为燃料电池电堆测试扩大了测试系统的测试功率范围，已态测试系统实现多种功率的精确控制测试。
不同气体的流量范围影响燃料电池的检测误差范围，同样影响着气体的背压控制，因为实际管路存在内阻，根据流量的不同气相应的内阻不同，管径相对流量过大会影响气体流量的波动，造成误差范围变大，同时管径相对流量过小，会造成管阻过大，影响气体的背压控制，根据流量范围不同选择相应的气体管径，便于背压及流量的精确控制。
优选地，空气供应模块1包括至少两个空气供应子模块，每个空气供应子模块均包括至少两条不同管径的空气支路109；氢气供应模块2包括至少两个氢气供应子模块，每个氢气供应子模块均包括至少两条不同管径的氢气支路209。
优选地，空气供应模块1包括两个空气供应子模块，每个空气供应子模块包括三条不同管径的空气支路109，三个空气支路109的流量控制范围分别为0-1000NLPM(标准公升每分钟流量值)、100-2000NLPM、2000-5000NLPM，流量范围选择根据第一流量计106的读数选择相应的空气支路109。
氢气供应模块2包括两个氢气供应子模块，每个氢气供应子模块均包括三条不同管径的氢气支路209。氢气支路209的流量控制范围分别为0-200NLPM、200-500NLPM、500-1000NLPM，流量范围选择根据第三流量计208的流量选择相应的氢气支路209。
优选地，空气供应模块1包括空压机101，空压机101依次连接第一减压阀102、第一压力传感器103、第一电磁阀104、空气过滤器105，空气过滤器105输出端分别连接至至少两个空气供应子模块，每个空气供应子模块均连接至一个燃料电池4。
优选地，空气供应子模块包括沿供应方向依次设置的第一流量计106、第二压力传感器107、至少两条空气支路109，至少两条空气支路109并联连接在第一流量计106的出口，至少两条空气支路109的出口相连并连接至燃料电池4。
优选地，空气支路109包括第二流量计110，第二流量计110的沿供气方向的上游和下游分别设有第五电磁阀111和第六电磁阀117。空气支路109与燃料电池4之间设有第七电磁阀118。
优选地，第一流量计106与空气支路109之间还设有干湿双路装置，干湿双路装置包括加湿支路、非加湿支路，加湿支路用于需外增湿的电堆测试，非加湿支路用于自增湿的电堆测试，加湿支路设有空气加湿器108。根据燃料电池电堆的测试需求，对于燃料电池的研发根据双极板材料的选择有自增湿和需外增湿，同样，模拟车载工况运行时，也需要根据不同需要选择是否需要增湿和增湿方式，本发明提供测试需要，并不需要体现出具体的需求。
在燃料电池测试中，阴极需通过空气供应模块1向内通入空气，空压机101压缩空气通过第一减压阀102进行压力调节，经过第一电磁阀104，达到空气过滤器105，经过第一流量计106，根据第一流量计106的流量，选择相应的空气支路109的流量范围，在系统测试运行可以切换相应的空气支路109，经过支路的空气经有两种路径，即堆气体进行加湿和不加湿处理，根据系统实际需求选择相应的路径，空气经过第七电磁阀118进入燃料电池阴极，参与反应。
优选地，氢气供应模块2包括氢气气源201，氢气气源201依次连接第二减压阀202、第三压力传感器203、第三减压阀204、第四压力传感器205、第八电磁阀206，第八电磁阀206的出口并联连接至少两个氢气供应子模块，至少两个氢气供应子模块连接至燃料电池4的氢气入口。
优选地，氢气供应子模块包括第三流量计208，第三流量计208的出口并联连接至少两个氢气支路209，至少两条氢气支路209的出口相连并连接至燃料电池4的氢气入口。第三流量计208的上游还设有第九电磁阀207。
优选地，氢气支路209包括第四流量计210，第四流量计210的沿供气方向的上游和下游分别设有第十电磁阀211和第十一电磁阀212。
在燃料电池测试中，阳极需通过氢气供应模块2供入氢气，氢气气源201中氢气通过第二减压阀202，经过电磁阀，到达氢气供应子模块，经过某一供应子模块的第三流量计208，根据第三流量计208的读数，选择相应氢气支路209的流量范围，在系统测试运行可以切换相应的氢气支路209，氢气经过选择的相应支路到达阳极，参与反应，同时在阳极没有完全参与反应的气体，通过氢气回收支路213回收，首先经过电磁阀到达汽水分离器214，经过分离后的循环氢气到达氢气循环泵215，将氢气储存于氢气储气罐216中，经过电磁阀达到氢气支路209上游，参与下次的阳极反应，实现氢气的循环利用。
本发明实施例的燃料电池测试系统，通过一个系统控制两个模块，同时，每个模块的气体供应系统有三条可选择支路管路，根据流量计的流量信息选择相应管径的支路气体管路，便于系统对于气体流量的精确检测与控制，避免因为管径选择不匹配造成气体备压不足，及管径较小造成由于气体流量过大，造成原始管阻较大，使得压力控制不稳，在系统测试及车载燃料电池系统中具有广泛的推广意义。
优选地，氢气供应模块2还包括氢气回收支路218，氢气回收支路213的进口连接至燃料电池4的氢气进口，氢气回收支路213的出口连接在至少两个氢气供应子模块的上游。氢气回收支路213包括水汽分离器214、氢气循环泵215、储气罐216。
优选地，燃料电池测试系统还包括冷却模块3，冷却模块3用于燃料电池4的循环冷却。冷却模块3包括至少两条设有循环水泵303的循环回路301，每条循环回路301均连接一燃料电池4，冷却模块3还包括热交换器302，循环回路301能够通过热交换器302换热。冷却模块3还包括循环水箱304，循环水箱304设有冷却风机305。
在燃料电池测试时，循环水通过出口电磁阀，经过热交换器302，通过循环水泵303调节循环水的流量，达到调节温度的目的，同时可以通过调节冷却风机305的转速，改变散热效率，调节热交换水的温度，达到调节温度的作用。
在本发明实施例的测试系统包括两个空气供应子模块和两个氢气供应子模块时，可以只利用其中一组对一个燃料电池进行测试运行，也可以同时对两个燃料电池进行测试运行，两个空气供应子模块通过不同的空气支路109提供不同的阴极燃料，两个氢气供应子模块通过不同的氢气支路209提供不同的阳极燃料，两个燃料电池的测试同步运行，互不干扰，提高测试系统的检测能力和检测效率。
本领域的技术人员容易理解的是，在不冲突的前提下，上述各有利方式可以自由地组合、叠加。
以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种燃料电池测试系统，用于燃料电池(4)的测试，其特征在于，包括：
空气供应模块(1)、氢气供应模块(2)；
所述空气供应模块(1)用于向所述燃料电池(4)供应空气，所述氢气供应模块(2)向所述燃料电池(4)供应氢气；
所述空气供应模块(1)包括至少两条空气支路(109)，至少两条空气支路(109)具有不同的管径，至少两条空气支路(109)能够分别向所述燃料电池(4)供应空气；
所述氢气供应模块(2)包括至少两条氢气支路(209)，至少两条氢气支路(209)具有不同的管径，至少两条氢气支路(209)能够分别向所述燃料电池(4)供应氢气。
2.根据权利要求1所述的燃料电池测试系统，其特征在于，所述空气供应模块(1)包括至少两个空气供应子模块，每个空气供应子模块均包括至少两条不同管径的空气支路(109)；所述氢气供应模块(2)包括至少两个氢气供应子模块，每个氢气供应子模块均包括至少两条不同管径的氢气支路(209)。
3.根据权利要求2所述的燃料电池测试系统，其特征在于，所述空气供应模块(1)包括两个空气供应子模块，每个空气供应子模块包括三条不同管径的空气支路(109)，所述氢气供应模块(2)包括两个氢气供应子模块，每个氢气供应子模块均包括三条不同管径的氢气支路(209)。
4.根据权利要求2所述的燃料电池测试系统，其特征在于，所述空气供应模块(1)包括空压机(101)，所述空压机(101)依次连接第一减压阀(102)、第一压力传感器(103)、第一电磁阀(104)、空气过滤器(105)，所述空气过滤器(105)输出端分别连接至所述至少两个空气供应子模块，每个空气供应子模块均连接至一个燃料电池(4)。
5.根据权利要求4所述的燃料电池测试系统，其特征在于，所述空气供应子模块包括沿供应方向依次设置的第一流量计(106)、第二压力传感器(107)、至少两条空气支路(109)，所述至少两条空气支路(109)并联连接在所述第一流量计(106)的出口，所述至少两条空气支路(109)的出口相连并连接至燃料电池(4)，所述空气支路(109)包括第二流量计(110)，所述第二流量计(110)的沿供气方向的上游和下游分别设有第五电磁阀(111)和第六电磁阀(117)。
6.根据权利要求5所述的燃料电池测试系统，其特征在于，所述第一流量计(106)与所述空气支路(109)之间还设有干湿双路装置，所述干湿双路装置包括加湿支路、非加湿支路，所述加湿支路设有空气加湿器(108)。
7.根据权利要求2所述的燃料电池测试系统，其特征在于，所述氢气供应模块(2)包括氢气气源(201)，所述氢气气源(201)依次连接第二减压阀(202)、第三压力传感器(203)、第三减压阀(204)、第四压力传感器(205)、第八电磁阀(206)，所述第八电磁阀(206)的出口并联连接至少两个氢气供应子模块，至少两个氢气供应子模块连接至所述燃料电池(4)的氢气入口。
8.根据权利要求7所述的燃料电池测试系统，其特征在于，所述氢气供应子模块包括第三流量计(208)，所述第三流量计(208)的出口并联连接所述至少两个氢气支路(209)，所述至少两条氢气支路(209)的出口相连并连接至燃料电池(4)的氢气入口；
所述氢气支路(209)包括第四流量计(210)，所述第四流量计(210)的沿供气方向的上游和下游分别设有第十电磁阀(211)和第十一电磁阀(212)。
9.根据权利要求7所述的燃料电池测试系统，其特征在于，所述氢气供应模块(2)还包括氢气回收支路(213)，所述氢气回收支路(213)的进口连接至所述燃料电池(4)的氢气进口，所述氢气回收支路(213)的出口连接在所述至少两个氢气供应子模块的上游；所述氢气回收支路(213)包括水汽分离器(214)、氢气循环泵(215)、储气罐(216)。
10.根据权利要求1-9任一所述的燃料电池测试系统，其特征在于，所述燃料电池测试系统还包括冷却模块(3)，所述冷却模块(3)用于所述燃料电池(4)的循环冷却，所述冷却模块(3)包括至少两条设有循环水泵(303)的循环回路(301)，每条循环回路(301)均连接一燃料电池(4)，所述冷却模块(3)还包括热交换器(302)，所述循环回路(301)能够通过热交换器(302)换热，所述冷却模块(3)还包括循环水箱(304)，所述循环水箱(304)设有冷却风机(305)。
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