CN113113635A - 一种燃料电池电堆冷启动试验台架及冷启动控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于燃料电池电堆冷启动技术领域，具体涉及一种燃料电池电堆冷启动试验台架及冷启动控制方法，包括容纳并冷冻燃料电池电堆的低温箱、空气回路系统、氢气回路系统和水冷回路系统；空气回路系统包括湿度调节组件一和预冷装置一，湿度调节组件一用于调节空气湿度；氢气回路系统包括湿度调节组件二和预冷装置二，湿度调节组件二用于调节氢气湿度；水冷回路系统包括预冷装置三、水量调节回路和水泵，水量调节回路用于调节冷却水流量，水泵用于驱动冷却水循环。本发明的燃料电池电堆冷启动试验台架，能真实模拟低温条件下的启动及运行环境，节约成本，增加试验数据可靠性；冷启动控制方法根据不同试验阶段调整工况，提高冷启动试验效率。

Description

一种燃料电池电堆冷启动试验台架及冷启动控制方法
技术领域
本发明涉及燃料电池电堆冷启动技术领域，尤其涉及一种燃料电池电堆冷启动试验台架及冷启动控制方法。
背景技术
燃料电池汽车发展迅速，燃料电池电堆作为汽车的能源部件具有重要的安全意义；而低温条件下的冷启动成为衡量燃料电池电堆安全性能的重要参数，因此需要在出厂前进行冷启动试验；市场上现有的燃料电池电堆冷启动试验台架多数仅通过低温箱对燃料电池电堆进行冷冻降温，没有对进入燃料电池电堆的冷却水、氢气和空气等进行预冷；而且，试验台架没有根据试验阶段的不同去调整试验工况，因此，难以模拟真实的低温条件，使得燃料电池电堆冷启动试验数据可靠性降低，试验效率低。
发明内容
本发明的目的在于提供一种燃料电池电堆冷启动试验台架及冷启动控制方法，燃料电池电堆冷启动试验台架能真实模拟低温条件下的启动及运行环境，节约资源，成本低，增加试验数据可靠性；冷启动控制方法根据试验阶段的不同调整试验工况，提高燃料电池电堆冷启动试验效率。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
一方面，提供一种燃料电池电堆冷启动试验台架，包括：
低温箱，所述低温箱被配置为容纳并冷冻燃料电池电堆；
空气回路系统，所述空气回路系统包括湿度调节组件一和预冷装置一，所述湿度调节组件一的两端分别连通所述空气回路系统的进气口和所述预冷装置一，所述预冷装置一连通所述燃料电池电堆的空气入口，所述湿度调节组件一被配置为调节空气的湿度；
氢气回路系统，所述氢气回路系统包括湿度调节组件二和预冷装置二，所述预冷装置二的两端分别连通所述氢气回路系统的进气口和所述燃料电池电堆的氢气入口，所述湿度调节组件二连通所述燃料电池电堆的氢气出口，所述湿度调节组件二被配置为调节氢气的湿度；以及
水冷回路系统，所述水冷回路系统包括预冷装置三、水量调节回路和水泵，所述预冷装置三的两端分别连通所述燃料电池电堆的水冷入口和所述水量调节回路，所述水量调节回路被配置为调节冷却水的流量，所述水泵被配置为驱动冷却水的循环。
作为本发明的一种优选结构，所述湿度调节组件一包括：
干燥装置；
加湿装置，所述加湿装置并联于所述干燥装置，所述干燥装置和所述加湿装置均连通所述预冷装置一；以及
三通阀一，所述三通阀一被配置为连通所述干燥装置或者所述加湿装置。
作为本发明的一种优选结构，所述湿度调节组件二包括：
第一循环支路，所述第一循环支路包括分水器一和排氢电磁阀，所述分水器一连通所述排氢电磁阀，所述分水器一被配置为分离氢气的水分，所述排氢电磁阀用于控制排出氢气；以及
第二循环支路，所述第二循环支路被配置为循环部分氢气，所述第二循环支路包括开关阀和氢气循环泵，所述开关阀连通所述氢气循环泵，所述氢气循环泵连通所述氢气回路系统的进气口，所述氢气循环泵被配置为驱动氢气的循环。
作为本发明的一种优选结构，所述水量调节回路包括：
小水箱；
大水箱，所述大水箱并联于所述小水箱，所述大水箱和所述小水箱均连通所述水泵；以及
三通阀二，所述三通阀二被配置为连通所述小水箱或者所述大水箱。
作为本发明的一种优选结构，所述第二循环支路还包括分水器二，所述分水器二的两端分别连通所述开关阀和所述氢气循环泵。
作为本发明的一种优选结构，所述氢气回路系统还包括储水罐，所述储水罐连通所述分水器一和/或所述分水器二。
作为本发明的一种优选结构，所述水冷回路系统还包括温度传感器一和温度传感器二，所述温度传感器一被配置为测量所述水冷入口的水温；所述温度传感器二被配置为测量水冷出口的水温。
作为本发明的一种优选结构，所述氢气回路系统还包括氢进电磁阀，所述氢进电磁阀的两端分别连通所述氢气回路系统的进气口和所述预冷装置二。
作为本发明的一种优选结构，所述水冷回路系统还包括膨胀水箱，所述膨胀水箱连通所述水量调节回路，所述膨胀水箱被配置为提供冷却水。
另一方面，提供一种冷启动控制方法，用于上述的燃料电池电堆冷启动试验台架，包括以下步骤：
步骤S1、将燃料电池电堆放入未启动的低温箱；
步骤S2、关闭预冷装置一、预冷装置二、预冷装置三、开关阀和水泵；三通阀一动作，空气通过干燥装置进入空气入口，并通过空气出口排出；氢气进入氢气入口，由氢气出口通过分水器一排出水分，并通过排氢电磁阀脉冲排出；三通阀二动作，冷却水通过小水箱散热；同时，检测所述燃料电池电堆的内部阻抗，当内部阻抗小于设定值时，执行步骤S3；否则，继续执行步骤S2；
步骤S3、启动所述低温箱，设定冷冻温度，对所述燃料电池电堆进行冷冻；温度传感器一检测水冷入口的水温，检测水冷入口、水冷出口的水温，当两个所述水温均小于或者等于设定温度时，执行步骤S4；否则，继续执行步骤S3；
步骤S4、开启所述预冷装置一、所述预冷装置二、所述预冷装置三和所述水泵；空气通过所述干燥装置、所述预冷装置一进入所述空气入口，并通过所述空气出口排出；氢气通过所述预冷装置二进入所述氢气入口，由所述氢气出口通过所述分水器一排出水分，并通过所述排氢电磁阀脉冲排出；冷却水通过所述水泵流经所述小水箱实现水循环散热；检测水冷入口的水温，当所述水温大于设定温度时，执行步骤S5；否则，继续执行步骤S4；
步骤S5、开启所述开关阀；所述三通阀一动作，空气通过加湿装置、所述预冷装置一进入所述空气入口，并通过所述空气出口排出；氢气通过所述预冷装置二进入所述氢气入口，并由所述氢气出口分别通过第一循环支路和第二循环支路；三通阀二动作，冷却水通过所述水泵流经大水箱实现水循环。
本发明的有益效果：本发明所提供的燃料电池电堆冷启动试验台架，在低温启动阶段和低温运行阶段，预冷装置一能对进入燃料电池电堆的空气提供预冷、预冷装置二能对进入燃料电池电堆的氢气提供预冷、预冷装置三能对进入燃料电池电堆的冷却水提供预冷，模拟真实低温环境，节约成本，增加试验数据可靠性；在吹扫阶段、低温启动阶段和低温运行阶段根据不同工况的要求，湿度调节组件一能调节进入燃料电池电堆的空气湿度、湿度调节组件二能调节进入燃料电池电堆的氢气湿度、水量调节回路能对循环冷却水的流量进行调节，满足燃料电池电堆的启动和运行需求，提高燃料电池电堆冷启动试验效率；本发明所提供的冷启动控制方法根据不同试验阶段调整工况，提高冷启动试验效率。
附图说明
图1是本发明实施例一提供的燃料电池电堆冷启动试验台架的结构示意图；
图2是本发明实施例二提供的冷启动控制方法的流程图。
图中：
1、低温箱；
2、空气回路系统；21、湿度调节组件一；211、干燥装置；212、加湿装置；213、三通阀一；22、预冷装置一；
3、氢气回路系统；31、湿度调节组件二；311、分水器一；312、排氢电磁阀；313、开关阀；314、氢气循环泵；315、分水器二；32、预冷装置二；33、储水罐；34、氢进电磁阀；
4、水冷回路系统；41、预冷装置三；42、水量调节回路；421、小水箱；422、大水箱；423、三通阀二；43、水泵；44、温度传感器一；45、温度传感器二；46、膨胀水箱；
100、燃料电池电堆；101、空气入口；102、氢气入口；103、氢气出口；104、水冷入口；105、水冷出口；106、空气出口。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步地详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。
在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”、“固定”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
在本实施例的描述中，术语“上”、“下”、“左”、“右”等方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述和简化操作，而不是指示或暗示所指的装置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。此外，术语“第一”、“第二”仅仅用于在描述上加以区分，并没有特殊的含义。
实施例一
如图1所示，本发明实施例提供一种燃料电池电堆冷启动试验台架，包括低温箱1、空气回路系统2、氢气回路系统3和水冷回路系统4。优选地，通过本实施例的燃料电池电堆冷启动试验台架，可将试验过程分为吹扫阶段、冷冻阶段、低温启动阶段和低温运行阶段。低温箱1被配置为容纳并冷冻燃料电池电堆100。空气回路系统2包括湿度调节组件一21和预冷装置一22，湿度调节组件一21的两端分别连通空气回路系统2的进气口和预冷装置一22，预冷装置一22连通燃料电池电堆100的空气入口101，湿度调节组件一21被配置为调节空气的湿度。预冷装置一22能在低温启动阶段和低温运行阶段对进入燃料电池电堆100的空气提供预冷，模拟真实低温环境；湿度调节组件一21能在吹扫阶段、低温启动阶段和低温运行阶段根据不同工况的要求调节进入燃料电池电堆100的空气湿度，满足燃料电池电堆100的启动和运行需求。氢气回路系统3包括湿度调节组件二31和预冷装置二32，预冷装置二32的两端分别连通氢气回路系统3的进气口和燃料电池电堆100的氢气入口102，湿度调节组件二31连通燃料电池电堆100的氢气出口103，湿度调节组件二31被配置为调节氢气的湿度。预冷装置二32能在低温启动阶段和低温运行阶段对进入燃料电池电堆100的氢气提供预冷，模拟真实低温环境；湿度调节组件二31能在吹扫阶段、低温启动阶段和低温运行阶段根据不同工况的要求调节进入燃料电池电堆100的氢气湿度，满足燃料电池电堆100的启动和运行需求。水冷回路系统4包括预冷装置三41、水量调节回路42和水泵43，预冷装置三41的两端分别连通燃料电池电堆100的水冷入口104和水量调节回路42，水量调节回路42被配置为调节冷却水的流量，水泵43被配置为驱动冷却水的循环。预冷装置三41能在低温启动阶段和低温运行阶段对进入燃料电池电堆100的冷却水提供预冷，模拟真实低温环境；水量调节回路42能在吹扫阶段、低温启动阶段和低温运行阶段根据不同工况的要求对循环冷却水的流量进行调节，满足燃料电池电堆100对水冷温度的要求。通过预冷装置一22、预冷装置二32和预冷装置三41配合低温箱1，模拟真实低温环境，节约成本，增加试验数据可靠性；通过湿度调节组件一21、湿度调节组件二31和水量调节回路42能根据不同工况要求调节气体湿度和冷却水流量，真实模拟低温条件下的启动及运行环境，提高冷启动试验效率。优选地，预冷装置一22、预冷装置二32和预冷装置三41可采用带有冷却功能的密封容器，湿度调节组件一21和湿度调节组件二31可采用带有加湿功能或者干燥功能的密封容器，其结构和原理为本领域所熟知的技术，在此不做赘述。
进一步地，湿度调节组件一21包括干燥装置211、加湿装置212和三通阀一213。加湿装置212并联于干燥装置211，干燥装置211和加湿装置212均连通预冷装置一22；三通阀一213被配置为连通干燥装置211或者加湿装置212。在吹扫阶段和低温启动阶段，干燥装置211能将进入空气回路系统2内的空气进行干燥，使得空气进气湿度为0，避免水气结冰影响燃料电池电堆100的启动；而在低温运行阶段，加湿装置212能对进入空气回路系统2内的空气进行加湿，使得空气进气湿度满足燃料电池电堆100的运行要求。通过三通阀一213的动作，可在干燥装置211、加湿装置212之间进行切换，响应灵敏、动作迅速。
进一步地，湿度调节组件二31包括第一循环支路和第二循环支路。第一循环支路包括分水器一311和排氢电磁阀312，分水器一311连通排氢电磁阀312，分水器一311被配置为分离氢气的水分，排氢电磁阀312用于控制排出氢气。当氢气经过第一循环支路时，分水器一311分离氢气中含有的液态水，并通过排氢电磁阀312脉冲排氢，降低氢气的湿度。第二循环支路用于循环部分氢气，第二循环支路包括开关阀313和氢气循环泵314，开关阀313连通氢气循环泵314，氢气循环泵314连通氢气回路系统3的进气口，氢气循环泵314被配置为驱动氢气的循环。也即，当开关阀313打开时，氢气能经过第二循环支路，并再次进入燃料电池电堆100进行循环，如此，一方面，能通过氢气循环泵314使得氢气中的气态水分布更为均匀，满足燃料电池电堆100的运行要求，另一方面，使部分氢气参与循环，节约能源，降低成本。
进一步地，水量调节回路42包括小水箱421、大水箱422和三通阀二423。大水箱422并联于小水箱421，大水箱422和小水箱421均连通水泵43；三通阀二423被配置为连通小水箱421或者大水箱422。燃料电池电堆100在吹扫阶段不需要冷却水循环，在低温启动阶段需要较小流量的冷却水循环，在低温运行阶段需要较多流量的冷却水循环提供冷却，因此，通过三通阀二423，能配合燃料电池电堆冷启动试验台架的不同试验阶段选择冷却水流经大水箱422或者小水箱421，满足试验要求。
进一步地，第二循环支路还包括分水器二315，分水器二315的两端分别连通开关阀313和氢气循环泵314。通过分水器二315，能将进入第二循环支路的氢气中的液态水进行分离，避免氢气中的液态水含量较高。
进一步地，氢气回路系统3还包括储水罐33，储水罐33连通分水器一311和/或分水器二315。通过储水罐33能接受分水器分离的液态水，在本实施例中，储水罐33同时连通分水器一311和分水器二315，能使第一循环支路和第二循环支路的液态水都经过分离进行排出。优选地，在分水器一311和储水罐33之间设置有排水管路一，在分水器二315和储水罐33之间设置有排水管路二。
进一步地，水冷回路系统4还包括温度传感器一44和温度传感器二45，温度传感器一44被配置为测量水冷入口104的水温；温度传感器二45被配置为测量水冷出口105的水温。在冷冻阶段，使用温度传感器一44测量水冷入口104的水温，使用温度传感器二45测量水冷出口105的水温，当两处的水温均小于设定温度时，表明燃料电池电堆100已经达到冷冻标准，可以进行低温启动阶段；在低温启动阶段，使用温度传感器一44测量水冷入口104的水温，当该水温大于设定温度时，表示燃料电池电堆100已经完成低温启动，燃料电池电堆冷启动试验台架可以进行低温运行的控制程序。
进一步地，氢气回路系统3还包括氢进电磁阀34，氢进电磁阀34的两端分别连通氢气回路系统3的进气口和预冷装置二32。氢进电磁阀34用于控制进入氢气回路系统3的氢气，可以定时开启。
进一步地，水冷回路系统4还包括膨胀水箱46，膨胀水箱46连通水量调节回路42，膨胀水箱46被配置为提供冷却水。优选地，膨胀水箱46具有排气口一和排气口二，排气口一和排气口二均连通水冷回路系统4的最高点，便于排出水冷回路系统4中的气体。
实施例二
如图2所示，本发明实施例提供一种冷启动控制方法，用于上述的燃料电池电堆冷启动试验台架，包括以下步骤：
步骤S1、将燃料电池电堆100放入未启动的低温箱1；
步骤S2、关闭预冷装置一22、预冷装置二32、预冷装置三41、开关阀313和水泵43；三通阀一213动作，空气通过干燥装置211进入空气入口101，并通过空气出口106排出；氢气进入氢气入口102，由氢气出口103通过分水器一311排出水分，并通过排氢电磁阀312脉冲排出；三通阀二423动作，冷却水通过小水箱421散热；同时，检测燃料电池电堆100的内部阻抗，当内部阻抗小于设定值时，执行步骤S3；否则，继续执行步骤S2；
在本步骤中，吹扫阶段需要降低设备内的湿度，避免水气结冰影响燃料电池电堆100的启动；因此，需要通过干燥装置211将进入空气回路系统2的空气含水量降为0，通过分水器一311将进入氢气回路系统3的氢气中液态水分离；水冷回路系统4的水泵43关闭，不需进行冷却水循环。
步骤S3、启动低温箱1，设定冷冻温度，对燃料电池电堆100进行冷冻；检测水冷入口104、水冷出口105的水温，当两个水温均小于或者等于设定温度时，执行步骤S4；否则，继续执行步骤S3；
在本步骤中，使用温度传感器一44测量水冷入口104的水温，使用温度传感器二45检测水冷出口105的水温，并将两个测量温度反馈给控制系统；当两处的水温均小于或者等于设定温度时，表明燃料电池电堆100已经达到冷冻标准，可以进行低温启动阶段。
步骤S4、开启预冷装置一22、预冷装置二32、预冷装置三41和水泵43；空气通过干燥装置211、预冷装置一22进入空气入口101，并通过空气出口106排出；氢气通过预冷装置二32进入氢气入口102，由氢气出口103通过分水器一311排出水分，并通过排氢电磁阀312脉冲排出；冷却水通过水泵43流经小水箱421实现水循环散热；检测水冷入口104的水温，当水温大于设定温度时，执行步骤S5；否则，继续执行步骤S4；
在本步骤中，需要对进入空气回路系统2的空气、进入氢气回路系统3的氢气进行预冷，模拟真实低温条件；需要开启水泵43，通过循环的冷却水进行燃料电池电堆100降温；由于低温启动阶段燃料电池电堆100产生的热量较少，选择流经小水箱421的循环路径即可满足要求；使用温度传感器一44测量水冷入口104的水温，并将两个测量温度反馈给控制系统，当该水温大于设定温度时，表示燃料电池电堆100已经完成低温启动，燃料电池电堆冷启动试验台架可以进行低温运行的控制程序。
步骤S5、开启开关阀313；三通阀一213动作，空气通过加湿装置212、预冷装置一22进入空气入口101，并通过空气出口106排出；氢气通过预冷装置二32进入氢气入口102，并由氢气出口103分别通过第一循环支路和第二循环支路；三通阀二423动作，冷却水通过水泵43流经大水箱422实现水循环；
在本步骤中，需要对进入空气回路系统2的空气、进入氢气回路系统3的氢气进行预冷，模拟真实低温条件；且空气和氢气需要适当的湿度，利于燃料电池电堆100的运行，因此，三通阀一213动作使空气通过加湿装置212，开启开关阀313使部分氢气通过第二循环支路，一方面，能通过氢气循环泵314使得氢气中的气态水分布更为均匀，满足燃料电池电堆100的运行要求，另一方面，使部分氢气参与循环，节约能源，降低成本。
至此，燃料电池电堆100进入稳定的低温运行阶段。本实施例的冷启动控制方法，根据吹扫阶段、冷冻阶段、低温启动阶段和低温运行阶段的不同工况要求对试验台架进行控制，提高冷启动试验效率。
显然，本发明的上述实施例仅仅是为了清楚说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。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，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种燃料电池电堆冷启动试验台架，其特征在于，包括：
低温箱(1)，所述低温箱(1)被配置为容纳并冷冻燃料电池电堆(100)；
空气回路系统(2)，所述空气回路系统(2)包括湿度调节组件一(21)和预冷装置一(22)，所述湿度调节组件一(21)的两端分别连通所述空气回路系统(2)的进气口和所述预冷装置一(22)，所述预冷装置一(22)连通所述燃料电池电堆(100)的空气入口(101)，所述湿度调节组件一(21)被配置为调节空气的湿度；
氢气回路系统(3)，所述氢气回路系统(3)包括湿度调节组件二(31)和预冷装置二(32)，所述预冷装置二(32)的两端分别连通所述氢气回路系统(3)的进气口和所述燃料电池电堆(100)的氢气入口(102)，所述湿度调节组件二(31)连通所述燃料电池电堆(100)的氢气出口(103)，所述湿度调节组件二(31)被配置为调节氢气的湿度；以及
水冷回路系统(4)，所述水冷回路系统(4)包括预冷装置三(41)、水量调节回路(42)和水泵(43)，所述预冷装置三(41)的两端分别连通所述燃料电池电堆(100)的水冷入口(104)和所述水量调节回路(42)，所述水量调节回路(42)被配置为调节冷却水的流量，所述水泵(43)被配置为驱动冷却水的循环。
2.根据权利要求1所述的燃料电池电堆冷启动试验台架，其特征在于，所述湿度调节组件一(21)包括：
干燥装置(211)；
加湿装置(212)，所述加湿装置(212)并联于所述干燥装置(211)，所述干燥装置(211)和所述加湿装置(212)均连通所述预冷装置一(22)；以及
三通阀一(213)，所述三通阀一(213)被配置为连通所述干燥装置(211)或者所述加湿装置(212)。
3.根据权利要求1所述的燃料电池电堆冷启动试验台架，其特征在于，所述湿度调节组件二(31)包括：
第一循环支路，所述第一循环支路包括分水器一(311)和排氢电磁阀(312)，所述分水器一(311)连通所述排氢电磁阀(312)，所述分水器一(311)被配置为分离氢气的水分，所述排氢电磁阀(312)用于控制排出氢气；以及
第二循环支路，所述第二循环支路被配置为循环部分氢气，所述第二循环支路包括开关阀(313)和氢气循环泵(314)，所述开关阀(313)连通所述氢气循环泵(314)，所述氢气循环泵(314)连通所述氢气回路系统(3)的进气口，所述氢气循环泵(314)被配置为驱动氢气的循环。
4.根据权利要求1所述的燃料电池电堆冷启动试验台架，其特征在于，所述水量调节回路(42)包括：
小水箱(421)；
大水箱(422)，所述大水箱(422)并联于所述小水箱(421)，所述大水箱(422)和所述小水箱(421)均连通所述水泵(43)；以及
三通阀二(423)，所述三通阀二(423)被配置为连通所述小水箱(421)或者所述大水箱(422)。
5.根据权利要求3所述的燃料电池电堆冷启动试验台架，其特征在于，所述第二循环支路还包括分水器二(315)，所述分水器二(315)的两端分别连通所述开关阀(313)和所述氢气循环泵(314)。
6.根据权利要求5所述的燃料电池电堆冷启动试验台架，其特征在于，所述氢气回路系统(3)还包括储水罐(33)，所述储水罐(33)连通所述分水器一(311)和/或所述分水器二(315)。
7.根据权利要求1所述的燃料电池电堆冷启动试验台架，其特征在于，所述水冷回路系统(4)还包括温度传感器一(44)和温度传感器二(45)，所述温度传感器一(44)被配置为测量所述水冷入口(104)的水温；所述温度传感器二(45)被配置为测量水冷出口(105)的水温。
8.根据权利要求1所述的燃料电池电堆冷启动试验台架，其特征在于，所述氢气回路系统(3)还包括氢进电磁阀(34)，所述氢进电磁阀(34)的两端分别连通所述氢气回路系统(3)的进气口和所述预冷装置二(32)。
9.根据权利要求1所述的燃料电池电堆冷启动试验台架，其特征在于，所述水冷回路系统(4)还包括膨胀水箱(46)，所述膨胀水箱(46)连通所述水量调节回路(42)，所述膨胀水箱(46)被配置为提供冷却水。
10.一种冷启动控制方法，用于权利要求1-8任一项所述的燃料电池电堆冷启动试验台架，其特征在于，包括以下步骤：
步骤S1、将燃料电池电堆(100)放入未启动的低温箱(1)；
步骤S2、关闭预冷装置一(22)、预冷装置二(32)、预冷装置三(41)、开关阀(313)和水泵(43)；三通阀一(213)动作，空气通过干燥装置(211)进入空气入口(101)，并通过空气出口(106)排出；氢气进入氢气入口(102)，由氢气出口(103)通过分水器一(311)排出水分，并通过排氢电磁阀(312)脉冲排出；三通阀二(423)动作，冷却水通过小水箱(421)散热；同时，检测所述燃料电池电堆(100)的内部阻抗，当内部阻抗小于设定值时，执行步骤S3；否则，继续执行步骤S2；
步骤S3、启动所述低温箱(1)，设定冷冻温度，对所述燃料电池电堆(100)进行冷冻；检测水冷入口(104)和水冷出口(105)的水温，当两个所述水温均小于或者等于设定温度时，执行步骤S4；否则，继续执行步骤S3；
步骤S4、开启所述预冷装置一(22)、所述预冷装置二(32)、所述预冷装置三(41)和所述水泵(43)；空气通过所述干燥装置(211)、所述预冷装置一(22)进入所述空气入口(101)，并通过所述空气出口(106)排出；氢气通过所述预冷装置二(32)进入所述氢气入口(102)，由所述氢气出口(103)通过所述分水器一(311)排出水分，并通过所述排氢电磁阀(312)脉冲排出；冷却水通过所述水泵(43)流经所述小水箱(421)实现水循环散热；检测水冷入口(104)的水温，当所述水温大于设定温度时，执行步骤S5；否则，继续执行步骤S4；
步骤S5、开启所述开关阀(313)；所述三通阀一(213)动作，空气通过加湿装置(212)、所述预冷装置一(22)进入所述空气入口(101)，并通过所述空气出口(106)排出；氢气通过所述预冷装置二(32)进入所述氢气入口(102)，并由所述氢气出口(103)分别通过第一循环支路和第二循环支路；三通阀二(423)动作，冷却水通过所述水泵(43)流经大水箱(422)实现水循环。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114142068A (zh) * 2021-11-22 2022-03-04 大连锐格新能源科技有限公司 用于电堆停机干燥测试的系统和方法
CN114335604A (zh) * 2022-01-20 2022-04-12 上海恒劲动力科技有限公司 一种低温环境的水冷燃料电池系统
CN116169324A (zh) * 2023-04-25 2023-05-26 上海韵量新能源科技有限公司 一种电堆低温冷启动测试系统

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20060263651A1 (en) * 2005-05-17 2006-11-23 Fagley John C Relative humidity profile control strategy for high current density stack operation
CN102386430A (zh) * 2011-11-08 2012-03-21 武汉理工大学 能够低温保存和低温启动的质子交换膜燃料电池系统
CN108414939A (zh) * 2018-01-23 2018-08-17 同济大学 一种燃料电池电堆低温冷启动测试研究平台
WO2019121132A1 (de) * 2017-12-18 2019-06-27 Avl List Gmbh Verfahren und prüfstand zur durchführung eines prüflaufs für eine brennstoffzelle
CN209675411U (zh) * 2019-02-01 2019-11-22 清华大学 燃料电池电堆测试台
CN110957510A (zh) * 2019-12-06 2020-04-03 中国第一汽车股份有限公司 一种燃料电池电堆台架测试开关机方法
CN111490271A (zh) * 2020-04-14 2020-08-04 上海神力科技有限公司 燃料电池低温启动测试中进行气体预冷降温的系统及方法
CN112582653A (zh) * 2020-12-18 2021-03-30 上海汉测智能科技有限公司 一种氢燃料电池测试装置用氢气预冷系统及方法

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20060263651A1 (en) * 2005-05-17 2006-11-23 Fagley John C Relative humidity profile control strategy for high current density stack operation
CN102386430A (zh) * 2011-11-08 2012-03-21 武汉理工大学 能够低温保存和低温启动的质子交换膜燃料电池系统
WO2019121132A1 (de) * 2017-12-18 2019-06-27 Avl List Gmbh Verfahren und prüfstand zur durchführung eines prüflaufs für eine brennstoffzelle
CN108414939A (zh) * 2018-01-23 2018-08-17 同济大学 一种燃料电池电堆低温冷启动测试研究平台
CN209675411U (zh) * 2019-02-01 2019-11-22 清华大学 燃料电池电堆测试台
CN110957510A (zh) * 2019-12-06 2020-04-03 中国第一汽车股份有限公司 一种燃料电池电堆台架测试开关机方法
CN111490271A (zh) * 2020-04-14 2020-08-04 上海神力科技有限公司 燃料电池低温启动测试中进行气体预冷降温的系统及方法
CN112582653A (zh) * 2020-12-18 2021-03-30 上海汉测智能科技有限公司 一种氢燃料电池测试装置用氢气预冷系统及方法

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114142068A (zh) * 2021-11-22 2022-03-04 大连锐格新能源科技有限公司 用于电堆停机干燥测试的系统和方法
CN114335604A (zh) * 2022-01-20 2022-04-12 上海恒劲动力科技有限公司 一种低温环境的水冷燃料电池系统
CN116169324A (zh) * 2023-04-25 2023-05-26 上海韵量新能源科技有限公司 一种电堆低温冷启动测试系统

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