CN112857760A - 一种储氢系统测试平台 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种储氢系统测试平台，包括增压装置、缓存装置、高压气瓶组装置、预冷装置、测试环境仓装置、回收存储装置、回收增压装置，待测储氢系统设置在所述测试环境仓装置内，增压装置将氢气增压至设定压力后保存在高压气瓶组装置内，该高压气瓶组装置经管道与测试环境仓装置连通，回收存储装置经管道与测试环境仓装置连通，在回收存储装置后依次连接回收增压装置、缓存装置，该缓存装置与增压装置连通。与现有技术相比，本发明解决了高压储氢零部件和系统的耐久性和可靠的性测试难题，其检测结果符合国内外相关标准的最严格要求。

Description

一种储氢系统测试平台

技术领域

本发明涉及一种测试平台，尤其是涉及一种储氢系统测试平台。

背景技术

随着氢能产业得日益扩大，在氢能规模化发展得同时，大量得和氢气介质相关得零部件可选择性也大大增加，但是氢气作为一种易燃易爆得物质，如何在大规模使用涉氢零部件及系统的时候保证其安全性就成为了一个不可避免的因素。

在氢能领域内，高压氢气的储存与利用是目前技术状态下最为经济、合理的利用方式，并且得到了大量的使用验证，如何在高压气态下验证储氢零部件及系统的耐久性和可靠性，就成为困扰在行业内的一大难题。

由于测试条件的限制，在以往的测试过程采购水槽法来进行储氢罐及系统的，此方法造价少，易于实现，但是其无法模拟燃料电池汽车在使用过程中的实际状态，液体(如水)的温度变化是无法和空气进行比较的，所以此方法的测试结果并没有为储氢罐和储氢系统的设计单来有效的草靠价值，为弥补这一缺陷，得到更加有效得测试数据，在GTR13(全球统一汽车技术法规第13号法案)中明确规定了储氢罐和储氢系统测试过程中要在气态环境中完成，并需要完成加速寿命测试和燃料电池汽车实际模拟效果，从而得到得数据作为判定储氢罐和储氢系统得合格标准，我国也将此条要求添加到GB/T35544中，作为储氢罐得型式试验要求之一。

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储氢系统测试平台。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种储氢系统测试平台，包括增压装置、缓存装置、高压气瓶组装置、预冷装置、测试环境仓装置、回收存储装置、回收增压装置，

待测储氢系统设置在所述测试环境仓装置内，

所述增压装置将氢气增压至设定压力后保存在所述高压气瓶组装置内，该高压气瓶组装置经管道与所述测试环境仓装置连通，

所述预冷装置串联在高压氢气管路中，通过换热器实现高压氢气冷却，将预冷氢气加注到所述待测储氢系统中，

所述回收存储装置经管道与所述测试环境仓装置连通，在回收存储装置后依次连接回收增压装置、缓存装置，该缓存装置与增压装置连通。

所述测试环境仓装置包括卧式容器环境仓体及与所述卧式容器环境仓体连接的温湿度调节主机。采用的卧式容器环境仓体，由主仓体及两个封头组装，其中一个封头用于送风装置，一个封头用于被测储氢系统安装与拆卸。

卧式容器环境仓体与温湿度调节主机采用分体式设计，可以满足在高压氢气测试过程中的防爆要求，温湿度调节主机通过调节热媒与冷媒的温度，用管道输送至环境仓体内，环境仓体内置循环风道及送风装置，可根据设定温度进行调节，同时用内置加湿器实现湿度调节。

所述高压气瓶组装置由双级并联高压瓶组组成，每个瓶组均设置有单独的阀门控制装置。并由控制系统默认分为高压一级加注用及中压二级加注用。

所述增压装置为液压驱动式增压设备，由一套液压站及三级加注单元组成，实现加氢气由8MPa增压到105MPa。同时为满足测试需求，每级加注单元均设置由两开一备的增压泵，保证增压排量，同时可实现自动切换，减少维护时间。

所述预冷装置为蜂窝式换热器结构，由预冷压缩机和蜂窝式换热器组成。压缩机将冷媒冷却到设定温度后输送至换热器内，从而使换热器降温，在高压氢气通过换热器时降低高压氢气温度，高压氢气进出口具有实时温度检测功能，可实时调节冷媒温度。

所述回收存储装置由三个并联回收气瓶构成，所述三个回收气瓶共同采用一套安全装置及阀门控制装置。三个气瓶构成了一个大容积容器，可使储氢系统测试时排放的氢气快速泄压，达到模拟燃料电池汽车实际使用状态。

所述回收增压装置为液压驱动增压站结构，由一套液压站及一套液驱增压单元构成，链接在储氢系统排放回路中。当储氢系统放气时，首先进入回收气瓶组，当压力下降排气速度降低到一定限度时，启动回收增压装置，可加大回收速度。

所述缓存装置由数个气瓶组构成，设置有一套安全装置和一套阀门控制装置，所述气瓶串联在测试平台的气源入口处。实现在循环测试过程，便于随时从外部气源补充氢气，使测试过程持续进行。

控制流速与压力的阀组由两套完全独立流量控制单元构成。由于测试平台压力过高(105MPa)流速过快(120g/s)现有流量控制气无法达到使用需求，奔逃测试平台中采用压力反馈式流量调节组合单元，通过高压比例阀和高压背压阀的压力调节来实现，调节过程后，后端质量流量计随时反馈流量信号，根据反馈进行压力微调，从而实现流量控制。

测试平台运行时，被测试储氢系统安装在测试环境仓装置内。增压装置将氢气增压至设定压力后保存在高压气瓶组装置内，经过增压的氢气通过阀组控制流速与压力，冲入至被测储氢系统内，当在规定时间内完成充装后，调整测试环境仓装置内环境温度和湿度的变化，验证被测储氢系统的耐久性及可靠性。温湿度变化验证结束后，被测储氢系统内的高压氢气通过回收存储装置缓存，然后经过回收增压装置进入到缓存装置中，同时增压装置又会将缓存装置内的氢气增压至设定压力后存储至高压氢瓶组装置内，此为一个循环。在一套完整的测试过程中，需根据不同极限环境进行几百的循环测试，以达到验证效果。

与现有技术相比，本发明解决了高压储氢零部件和系统的耐久性和可靠的性测试难题，其检测结果符合国内外相关标准的最严格要求。

本测试平台完全模拟了燃料电池汽车实际使用过程，同时通过对高压氢气得温度控制和环境温湿度控制，实现了加速寿命的结果，在短时间内完成储氢系统全寿命周期测试，每一个过程均对氢气压力、氢气温度、氢气流量、环境温度和环境湿度进行了精确控制，其测试过程完全符合GTR13中所规定的技术指标。

附图说明

图1为储氢系统测试平台的结构示意图。

图中，1-增压装置、2-缓存装置、3-高压气瓶组装置、4-预冷装置、5-测试环境仓装置、6-回收存储装置、7回收增压装置、8-控制装置。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，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。

实施例

一种储氢系统测试平台，其结构如图1所示，包括增压装置1、缓存装置2、高压气瓶组装置3、预冷装置4、测试环境仓装置5、回收存储装置6、回收增压装置7，另外还包括控制上述装置以及连接管道上设置阀门启闭的控制装置8，该控制装置8可以采用PLC控制软件编程实现，通过测试平台中27个传感器反馈的数据实时调整桩侧状态，根据预先编制的符合法规测试要求的流程惊醒精确的阀门控制。奔逃系统中各种启闭阀门多达上百个，如主切断阀，加注阀，泄放阀等。

上述控制流速与压力的阀组由两套完全独立流量控制单元构成。由于测试平台压力过高(105MPa)流速过快(120g/s)现有流量控制气无法达到使用需求，奔逃测试平台中采用压力反馈式流量调节组合单元，通过高压比例阀和高压背压阀的压力调节来实现，调节过程后，后端质量流量计随时反馈流量信号，根据反馈进行压力微调，从而实现流量控制。

在使用时，待测储氢系统设置在测试环境仓装置5内，使用的测试环境仓装置 5包括卧式容器环境仓体及与所述卧式容器环境仓体连接的温湿度调节主机。采用的卧式容器环境仓体由主仓体及两个封头组装，其中一个封头用于送风装置，一个封头用于被测储氢系统安装与拆卸。卧式容器环境仓体与温湿度调节主机采用分体式设计，可以满足在高压氢气测试过程中的防爆要求，温湿度调节主机通过调节热媒与冷媒的温度，用管道输送至环境仓体内，环境仓体内置循环风道及送风装置，可根据设定温度进行调节，同时用内置加湿器实现湿度调节。增压装置1将氢气增压至设定压力后保存在高压气瓶组装置3内，该高压气瓶组装置经管道与测试环境仓装置连通，从而能够向测试环境仓装置5中提供高压氢气。使用的增压装置1 为液压驱动式增压设备，由一套液压站及三级加注单元组成，实现加氢气由8MPa 增压到105MPa。同时为满足测试需求，每级加注单元均设置由两开一备的增压泵，保证增压排量，同时可实现自动切换，减少维护时间。高压气瓶组装置3由双级并联高压瓶组组成，每个瓶组均设置有单独的阀门控制装置。并由控制系统默认分为高压一级加注用及中压二级加注用。

在高压气瓶组装置3与测试环境仓装置5之间还设有用于调节储氢系统内高压氢气温度的预冷装置4。使用的预冷装置4串联在高压氢气管路中，通过换热器实现高压氢气冷却，将预冷氢气加注到所述待测储氢系统中。本实施例中使用的预冷装置4为蜂窝式换热器结构，由预冷压缩机和蜂窝式换热器组成。压缩机将冷媒冷却到设定温度后输送至换热器内，从而使换热器降温，在高压氢气通过换热器时降低高压氢气温度，高压氢气进出口具有实时温度检测功能，可实时调节冷媒温度。

在测试环境仓装置5的出口通过管道与回收存储装置6连通，在回收存储装置 6后依次连接回收增压装置7、缓存装置2，该缓存装置2与增压装置1连通。回收存储装置6由三个并联回收气瓶构成，所述三个回收气瓶共同采用一套安全装置及阀门控制装置。三个气瓶构成了一个大容积容器，可使储氢系统测试时排放的氢气快速泄压，达到模拟燃料电池汽车实际使用状态。使用的回收增压装置7为液压驱动增压站结构，由一套液压站及一套液驱增压单元构成，链接在储氢系统排放回路中。当储氢系统放气时，首先进入回收气瓶组，当压力下降排气速度降低到一定限度时，启动回收增压装置，可加大回收速度。使用的缓存装置2由数个气瓶组构成，设置有一套安全装置和一套阀门控制装置，所述气瓶串联在测试平台的气源入口处。实现在循环测试过程，便于随时从外部气源补充氢气，使测试过程持续进行。

测试平台运行时，被测试储氢系统安装在测试环境仓装置5内。增压装置1 将氢气增压至设定压力后保存在高压气瓶组装置3内，经过增压的氢气通过阀组控制流速与压力，冲入至被测储氢系统内，当在规定时间内完成充装后，调整测试环境仓装置5内环境温度和湿度的变化，验证被测储氢系统的耐久性及可靠性。温湿度变化验证结束后，被测储氢系统内的高压氢气通过回收存储装置6缓存，然后经过回收增压装置7进入到缓存装置2中，同时增压装置1又会将缓存装置2内的氢气增压至设定压力后存储至高压氢瓶组装置3内，此为一个循环。在一套完整的测试过程中，需根据不同极限环境进行几百的循环测试，以达到验证效果。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语、“上方”、“底部”、“平行”、“中间”等指示方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的组件或元件必须具有特定的方位，以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本说明书的描述中，参考术语“实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于上述实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种储氢系统测试平台，其特征在于，该测试平台包括增压装置、缓存装置、高压气瓶组装置、预冷装置、测试环境仓装置、回收存储装置、回收增压装置，

待测储氢系统设置在所述测试环境仓装置内，

所述增压装置将氢气增压至设定压力后保存在所述高压气瓶组装置内，该高压气瓶组装置经管道与所述测试环境仓装置连通，

所述预冷装置串联在高压氢气管路中，通过换热器实现高压氢气冷却，将预冷氢气加注到所述待测储氢系统中，

所述回收存储装置经管道与所述测试环境仓装置连通，在回收存储装置后依次连接回收增压装置、缓存装置，该缓存装置与增压装置连通。

2.根据权利要求1所述的一种储氢系统测试平台，其特征在于，所述测试环境仓装置包括卧式容器环境仓体及与所述卧式容器环境仓体连接的温湿度调节主机。

3.根据权利要求1所述的一种储氢系统测试平台，其特征在于，所述高压气瓶组装置由双级并联高压瓶组组成，每个瓶组均设置有单独的阀门控制装置。

4.根据权利要求1所述的一种储氢系统测试平台，其特征在于，所述增压装置为液压驱动式增压设备，由一套液压站及三级加注单元组成，实现加氢气由8MPa增压到105MPa，每级加注单元均设置由两开一备的增压泵，保证增压排量，同时可实现自动切换。

5.根据权利要求1所述的一种储氢系统测试平台，其特征在于，所述预冷装置为蜂窝式换热器结构，由预冷压缩机和蜂窝式换热器组成，所述预冷压缩机将冷媒冷却到设定温度后输送至换热器内，从而使换热器降温，在高压氢气通过蜂窝式换热器时降低高压氢气温度，高压氢气进出口具有实时温度检测功能，可实时调节冷媒温度。

6.根据权利要求1所述的一种储氢系统测试平台，其特征在于，所述回收存储装置由三个并联回收气瓶构成，所述三个回收气瓶共同采用一套安全装置及阀门控制装置。

7.根据权利要求1所述的一种储氢系统测试平台，其特征在于，所述回收增压装置为液压驱动增压站结构，由一套液压站及一套液驱增压单元构成，链接在储氢系统排放回路中。

8.根据权利要求1所述的一种储氢系统测试平台，其特征在于，所述缓存装置由数个气瓶组构成，设置有一套安全装置和一套阀门控制装置，所述气瓶串联在测试平台的气源入口处。

9.根据权利要求1所述的一种储氢系统测试平台，其特征在于，控制流速与压力的阀组由两套完全独立流量控制单元构成。

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