CN111812523A - 一种电池测试台气水参数控制能力的考核方法 - Google Patents

一种电池测试台气水参数控制能力的考核方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种电池测试台气水参数控制能力的考核方法，基于与被测质子交换膜燃料电池连接的电池测试台，电池测试台的冷却液进口通过冷却液压力传感器、温度传感器、冷却液流量传感器连接质子交换膜燃料电池，电池测试台的氧化剂进口通过氧化剂压力传感器、氧化剂温度湿度传感器、氧化剂流量传感器连接质子交换膜燃料电池，电池测试台的反应气进口通过反应气压力传感器、反应气温度湿度传感器、反应气流量传感器连接质子交换膜燃料电池，利用压力传感器、温度传感器、温度湿度传感器和流量传感器在无需外置检测设备的条件下能方便高效的考核质子交换膜燃料电池测试台对冷却液和反应气压力、温度、流量的控制能力。

Description

一种电池测试台气水参数控制能力的考核方法
技术领域
本发明属于燃料电池测试技术领域，具体涉及一种考核质子交换膜燃料电池测试台气水参数控制能力的方法。
背景技术
依照目前的发展态势，质子交换膜燃料电池将在能源和环境问题越发严峻的未来越来越受国际重视，会是未来广大汽车企业、能源企业、高校和科研院所的一大研究热点，市场潜力巨大。而质子交换膜燃料电池测试台作为燃料电池研究和性能监测不可缺少的部分，其市场规模也是不容忽视的。
质子交换膜燃料电池是一个发生非常复杂物理化学过程的系统，其输入输出也涉及多种物理量如反应气的压力、温度、湿度、流量和浓度，冷却液的压力、温度和流量，产生电能的电压和电流等。因此质子交换膜燃料电池测试台必须具备精准监测和控制上述物理量的性能。
国内外有多家公司专门从事质子交换膜燃料电池测试台的开发并提供燃料电池测试服务。但是在质子交换膜燃料电池测试台本身的验收和考核方面，特别是针对反应气和冷却液的参数控制能力尚无标准考核方法。
发明内容
本发明的目的是提供一种考核质子交换膜燃料电池测试台气水参数控制能力的方法，在无需外置检测设备的条件下能方便高效的考核质子交换膜燃料电池测试台对冷却液和反应气压力、温度、流量的控制能力。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种电池测试台气水参数控制能力的考核方法，基于与被测质子交换膜燃料电池的反应气出口、氧化剂出口和冷却水出口连接的电池测试台，电池测试台的冷却液进口依次通过冷却液压力传感器、温度传感器、冷却液流量传感器连接质子交换膜燃料电池，电池测试台的氧化剂进口依次通过氧化剂压力传感器、氧化剂温度湿度传感器、氧化剂流量传感器连接质子交换膜燃料电池，电池测试台的反应气进口依次通过反应气压力传感器、反应气温度湿度传感器、反应气流量传感器连接质子交换膜燃料电池，通过以下方式进行考核：
（一）考核冷却液在恒定流量下不同进口温度变化的响应时间和偏差时，通过冷却液流量传感器测得流入质子交换膜燃料电池的冷却液的最低流量值和最高流量值，通过温度传感器记录选定冷却液流量下初始进口温度到最高运行进口温度的变化，取温度差的10%～100%作为温度变化阶梯根据考核要求进行调整；
（二）考核冷却液在恒定流量下不同进口压力变化的响应时间和偏差时，通过冷却液流量传感器测得流入质子交换膜燃料电池的冷却液的最低流量值和最高流量值，通过冷却液压力传感器记录选定冷却液流量下初始进口压力到反应气最高运行进口压力的变化，取压力差的10%～100%作为压力变化阶梯根据考核要求进行调整；
（三）考核冷却液在恒定进口压力下不同流量变化的响应时间和偏差时，通过冷却液流量传感器分别测得在50kPa和质子交换膜燃料电池进口最高工作压力下电池测试台提供的最低流量和最高流量，取流量差的10%～100%作为流量变化阶梯根据考核要求进行调整；
（四）考核氧化剂和反应气在恒定进口压力和恒定进口露点温度下不同进口流量变化的响应时间和偏差时，通过氧化剂压力传感器、氧化剂温度湿度传感器和氧化剂流量传感器分别测得在50kPa和质子交换膜燃料电池进口最高工作压力下，电池测试台提供的氧化剂最低流量和最高流量以及最低进口露点温度和最高进口露点温度，通过反应气压力传感器、反应气温度湿度传感器和反应气流量传感器分别测得在50kPa和质子交换膜燃料电池进口最高工作压力下，电池测试台提供的反应气最低流量和最高流量以及最低进口露点温度和最高进口露点温度，取流量差和温度差的10%～100%作为变化阶梯根据考核要求进行调整；
（五）考核氧化剂和反应气在恒定进口流量和恒定进口露点温度下不同进口压力变化的响应时间和偏差时，通过氧化剂压力传感器、氧化剂温度湿度传感器和氧化剂流量传感器分别测得在电池测试台提供的最低流量和最高流量下，以及电池测试台提供的最低进口露点温度和最高进口露点温度下，质子交换膜燃料电池进口工作压力从50kPa到最高时的压力差，通过反应气压力传感器、反应气温度湿度传感器和反应气流量传感器分别测得在电池测试台提供的最低流量和最高流量下，以及电池测试台提供的最低进口露点温度和最高进口露点温度下，质子交换膜燃料电池进口工作压力从50kPa到最高时的压力差，取压力差的10%～100%作为压力变化阶梯根据考核要求进行调整；
（六）考核氧化剂和反应气在恒定进口流量和恒定进口压力下不同进口露点温度变化的响应时间和偏差时，通过氧化剂压力传感器、氧化剂温度湿度传感器和氧化剂流量传感器分别测得在电池测试台提供的最低流量和最高流量对应的进口压力下，电池测试台提供的氧化剂最低进口露点温度和最高进口露点温度，通过反应气压力传感器、反应气温度湿度传感器和反应气流量传感器分别测得在电池测试台提供的最低流量和最高流量对应的进口压力下，电池测试台提供的反应气最低进口露点温度和最高进口露点温度，取温度差的10%～100%作为温度变化阶梯根据考核要求进行调整。
所述的一种电池测试台气水参数控制能力的考核方法，其反应气为氢气、空气或氧气。
所述的一种电池测试台气水参数控制能力的考核方法，其步骤（一）中的最低流量和最高流量分别是电池测试台（1）能提供的最低流量和最高流量。
所述的一种电池测试台气水参数控制能力的考核方法，其步骤（一）、（四）、（五）、（六）中的初始进口温度为电池测试台（1）环境室温。
本发明的有益效果在于：在无需外置检测设备的条件下方便高效的考核质子交换膜燃料电池测试台对冷却液和反应气压力、温度、流量的控制能力。
附图说明
图1是本发明的系统结构示意图；
图2是本发明冷却液恒定流量下温度变化阶梯图；
图3是本发明冷却液恒定流量下压力变化阶梯图；
图4是本发明冷却液恒定进口压力下流量变化阶梯图；
图5是本发明氧化剂恒定进口压力进口露点温度下流量变化阶梯图；
图6是本发明反应气恒定进口压力进口露点温度下流量变化阶梯图；
图7是本发明氧化剂恒定进口流量进口露点温度下压力变化阶梯图；
图8是本发明反应气恒定进口流量进口露点温度下压力变化阶梯图；
图9是本发明氧化剂恒定口流量压力下进口露点温度变化阶梯图；
图10是本发明反应气恒定口流量压力下进口露点温度变化阶梯图。
图中标记对应的构件名称为：1－电池测试台，2－质子交换膜燃料电池，3—冷却液压力传感器，4－温度传感器，5－冷却液流量传感器，6—氧化剂压力传感器，7—氧化剂温度湿度传感器，8－氧化剂流量传感器，9－反应气压力传感器，10－反应气温度湿度传感器，11—反应气流量传感器。
具体实施方式
结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明如下：
图1所示是本发明考核系统的示意图，由与被测质子交换膜燃料电池2的反应气出口、氧化剂出口和冷却水出口连接的电池测试台1构成，电池测试台1的冷却液进口依次通过冷却液压力传感器3、温度传感器4、冷却液流量传感器5连接质子交换膜燃料电池2，电池测试台1的氧化剂进口依次通过氧化剂压力传感器6、氧化剂温度湿度传感器7、氧化剂流量传感器8连接质子交换膜燃料电池2，电池测试台1的反应气进口依次通过反应气压力传感器9、反应气温度湿度传感器10、反应气流量传感器11连接质子交换膜燃料电池2。
本发明考核系统对于冷却液（冷却水），可考核恒定流量下不同进口温度变化的响应时间和偏差、恒定流量下不同进口压力变化的响应时间和偏差、恒定进口压力下不同流量变化的响应时间和偏差；对于反应气（氢气、空气、氧气等），可考核恒定进口压力恒定进口露点温度下不同进口流量变化的响应时间和偏差、恒定进口流量和恒定进口露点温度下不同进口压力变化的响应时间和偏差、恒定进口流量和恒定进口压力下不同进口露点温度变化的响应时间和偏差。
考核冷却液恒定流量下不同进口温度变化响应时间和偏差时，冷却液恒定流量选择测试台能提供的最低和最高两种流量，冷却液进口温度变化从测试台环境室温最低温度到被测燃料电池最高运行进口温度，温度变化阶梯在上述温度差的10%到100%之间，根据考核要求调整。
考核冷却液恒定流量下不同进口压力变化的响应时间和偏差时，冷却液恒定流量选择测试台能提供的最低和最高两种流量，冷却液进口压力变化从选定冷却液流量下初始进口压力到被测燃料电池反应气最高运行进口压力，压力变化阶梯在上述压力差的10%到100%之间，根据考核要求调整。
考核冷却液恒定进口压力下不同流量变化的响应时间和偏差时，冷却液恒定进口压力选择50kPa和被测燃料电池冷却液进口最高工作压力，冷却液流量变化从测试台能提供的最低流量到最高流量，流量变化阶梯在上述流量差的10%到100%之间，根据考核要求调整。
考核反应气恒定进口压力恒定进口露点温度下不同进口流量变化的响应时间和偏差时，反应气恒定进口压力选择50kPa和被测燃料电池反应气最高运行进口压力，反应气恒定进口露点温度选择测试台能提供的最低和最高两种反应气进口露点温度，反应气进口流量变化从测试台能提供的最低进口流量到最高进口流量，流量变化阶梯在上述流量差的10%到100%之间，根据考核要求调整。
考核反应气恒定进口流量恒定进口露点温度下不同进口压力变化的响应时间和偏差时，反应气恒定进口流量选择测试台能提供的最低和最高两种反应气进口流量，反应气恒定进口露点温度选择测试台能提供的最低和最高两种反应气进口露点温度，反应气进口压力变化从50kPa到被测燃料电池反应气最高运行进口压力，压力变化阶梯在上述压力差的10%到100%之间，根据考核要求调整。
考核反应气恒定进口流量恒定进口压力下不同进口露点温度变化的响应时间和偏差时，反应气恒定进口流量选择测试台能提供的最低和最高两种反应气进口流量，反应气恒定进口压力选择上述测试台能提供的最低和最高两种反应气进口流量对应的进口压力，反应气进口露点温度变化从测试台能提供的最低反应气进口露点温度到最高反应气进口露点温度，露点温度变化阶梯在上述露点温度差的10%到100%之间，根据考核要求调整。
针对某型36kW级质子交换膜燃料电池测试台进一步说明如下。
对于冷却液，考核恒定流量下不同进口温度变化的响应时间和偏差：冷却液流量传感器5选择测试台能提供的最低流量4LPM和最高流量80LPM，冷却液进口温度变化从测试台环境室温最低温度5℃到被测燃料电池最高运行进口温度95℃，温度变化阶梯设为15℃，最大温度变化阶梯设为90℃，具体见附图2。
对于冷却液，考核恒定流量下不同进口压力变化的响应时间和偏差：冷却液流量传感器5选择测试台能提供的最低流量4LPM和最高流量80LPM，冷却液进口压力变化从选定冷却液流量下初始进口压力50kPa到被测燃料电池反应气最高运行进口压力300kPa，压力变化阶梯设为50kPa，最大压力变化阶梯设为250kPa，具体见附图3。
对于冷却液，考核恒定进口压力下不同流量变化的响应时间和偏差：冷却液恒定进口压力选择50kPa和被测燃料电池冷却液进口最高工作压力300kPa，冷却液流量传感器5变化从测试台能提供的最低流量4LPM到最高流量80LPM，流量变化阶梯设为19LPM，最大流量变化阶梯设为76kPa，具体见附图4。
对于反应气（氢气、空气、氧气等），考核恒定进口压力恒定进口露点温度下不同进口流量变化的响应时间和偏差：反应气恒定进口压力选择50kPa和被测燃料电池反应气最高运行进口压力300kPa，反应气恒定进口露点温度选择测试台能提供的最低进口露点温度35℃和最高进口露点温度95℃，反应气进口流量变化从测试台能提供的最低进口流量75LPM到最高进口流量750LPM，流量变化阶梯设为225LPM，最大流量变化阶梯设为675kPa，具体见附图5和附图6。
对于反应气（氢气、空气、氧气等），考核恒定进口流量恒定进口露点温度下不同进口压力变化的响应时间和偏差：反应气恒定进口流量选择测试台能提供的最低进口流量75LPM和最高进口流量750LPM，反应气恒定进口露点温度选择测试台能提供的最低进口露点温度35℃和最高进口露点温度95℃，反应气进口压力变化从50kPa到被测燃料电池反应气最高运行进口压力300kPa，压力变化阶梯设为50kPa，最大压力变化阶梯设为250kPa，具体见附图7和附图8。
对于反应气（氢气、空气、氧气等），考核恒定进口流量恒定进口压力下不同进口露点温度变化的响应时间和偏差：反应气恒定进口流量选择测试台能提供的最低进口流量75LPM和最高进口流量750LPM，反应气恒定进口压力选择50kPa和被测燃料电池反应气最高运行进口压力300kPa，反应气进口露点温度变化从测试台能提供的最低进口露点温度35℃到最高进口露点温度95℃，温度变化阶梯设为10℃，最大温度变化阶梯设为60℃，具体见附图9和附图10。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，以及部分运用的实施例，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种电池测试台气水参数控制能力的考核方法，基于与质子交换膜燃料电池（2）的反应气出口、氧化剂出口和冷却水出口连接的电池测试台（1），电池测试台（1）的冷却液进口依次通过冷却液压力传感器（3）、温度传感器（4）、冷却液流量传感器（5）连接质子交换膜燃料电池（2），电池测试台（1）的氧化剂进口依次通过氧化剂压力传感器（6）、氧化剂温度湿度传感器（7）、氧化剂流量传感器（8）连接质子交换膜燃料电池（2），电池测试台（1）的反应气进口依次通过反应气压力传感器（9）、反应气温度湿度传感器（10）、反应气流量传感器（11）连接质子交换膜燃料电池（2），其特征在于：通过任选其一的方式完成以下步骤
（一）通过冷却液流量传感器（5）测得流入质子交换膜燃料电池（2）的冷却液的最低流量值和最高流量值，通过温度传感器（4）记录选定冷却液流量下初始进口温度到最高运行进口温度的变化，取温度差的10%～100%作为温度变化阶梯进行调整，以考核冷却液在恒定流量下不同进口温度变化的响应时间和偏差；
（二）通过冷却液流量传感器（5）测得流入质子交换膜燃料电池（2）的冷却液的最低流量值和最高流量值，通过冷却液压力传感器（3）记录选定冷却液流量下初始进口压力到最高运行进口压力的变化，取压力差的10%～100%作为压力变化阶梯进行调整，以考核冷却液在恒定流量下不同进口压力变化的响应时间和偏差；
（三）通过冷却液流量传感器（5）分别测得在50kPa和质子交换膜燃料电池（2）进口最高工作压力下电池测试台（1）提供的最低流量和最高流量，取流量差的10%～100%作为流量变化阶梯进行调整，以考核冷却液在恒定进口压力下不同流量变化的响应时间和偏差；
（四）通过氧化剂压力传感器（6）、氧化剂温度湿度传感器（7）和氧化剂流量传感器（8）分别测得在50kPa和质子交换膜燃料电池（2）进口最高工作压力下，电池测试台（1）提供的氧化剂最低流量和最高流量以及最低进口露点温度和最高进口露点温度，通过反应气压力传感器（9）、反应气温度湿度传感器（10）和反应气流量传感器（11）分别测得在50kPa和质子交换膜燃料电池（2）进口最高工作压力下，电池测试台（1）提供的反应气最低流量和最高流量以及最低进口露点温度和最高进口露点温度，取流量差和温度差的10%～100%作为变化阶梯进行调整，以考核氧化剂和反应气在恒定进口压力和恒定进口露点温度下不同进口流量变化的响应时间和偏差；
（五）通过氧化剂压力传感器（6）、氧化剂温度湿度传感器（7）和氧化剂流量传感器（8）分别测得在电池测试台（1）提供的最低流量和最高流量下，以及电池测试台（1）提供的最低进口露点温度和最高进口露点温度下，质子交换膜燃料电池（2）进口工作压力从50kPa到最高时的压力差，通过反应气压力传感器（9）、反应气温度湿度传感器（10）和反应气流量传感器（11）分别测得在电池测试台（1）提供的最低流量和最高流量下，以及电池测试台（1）提供的最低进口露点温度和最高进口露点温度下，质子交换膜燃料电池（2）进口工作压力从50kPa到最高时的压力差，取压力差的10%～100%作为压力变化阶梯进行调整，以考核氧化剂和反应气在恒定进口流量和恒定进口露点温度下不同进口压力变化的响应时间和偏差；
（六）通过氧化剂压力传感器（6）、氧化剂温度湿度传感器（7）和氧化剂流量传感器（8）分别测得在电池测试台（1）提供的最低流量和最高流量对应的进口压力下，电池测试台（1）提供的氧化剂最低进口露点温度和最高进口露点温度，通过反应气压力传感器（9）、反应气温度湿度传感器（10）和反应气流量传感器（11）分别测得在电池测试台（1）提供的最低流量和最高流量对应的进口压力下，电池测试台（1）提供的反应气最低进口露点温度和最高进口露点温度，取温度差的10%～100%作为温度变化阶梯进行调整，以考核氧化剂和反应气在恒定进口流量和恒定进口压力下不同进口露点温度变化的响应时间和偏差。
2.根据权利要求1所述的一种电池测试台气水参数控制能力的考核方法，其特征在于，所述的反应气为氢气、空气或氧气。
3.根据权利要求1所述的一种电池测试台气水参数控制能力的考核方法，其特征在于，所述步骤（一）中的最低流量和最高流量分别是电池测试台（1）能提供的最低流量和最高流量。
4.根据权利要求1所述的一种电池测试台气水参数控制能力的考核方法，其特征在于，所述步骤（一）、（四）、（五）、（六）中的初始进口温度为电池测试台（1）环境室温。
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