CN113790881B - 一种燃料电池增压器变海拔模拟测试系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种燃料电池增压器变海拔模拟测试系统，包括依次连接的进气压力调节模块、一号传感器、待测增压器安装台、二号传感器、增压中冷模块、三号传感器、电堆空气阻力模拟模块，模拟电堆空气阻力模块后端引出两路空气出口，第一路出口管路连接至排气压力调节模块，第二路出口为模拟电堆消耗空气出口，进气压力调节模块、待测增压器安装台、增压中冷模块、电堆空气阻力模拟模块、排气压力调节模块、一号传感器、二号传感器、三号传感器分别信号连接至控制模块。本发明所述的一种燃料电池增压器变海拔模拟测试系统，能够在不采用真实电堆的情况下，对燃料电池增压器在不同海拔下的增压性能进行快速测试。

Description

一种燃料电池增压器变海拔模拟测试系统

技术领域

本发明属于氢能源燃料电池技术领域，尤其是涉及一种燃料电池增压器变海拔模拟测试系统。

背景技术

氢燃料电池是一个发电装置，不是储能装置，因此在汽车行业内氢燃料电池也常常被称为“燃料电池发动机”。从能源的利用效率和环境保护方面来看，燃料电池发动机是未来环保车辆的理想动力源。燃料电池系统的稳定运行需要一定的空气供给压力，特别是随着单电堆的功率越来越大，电堆阻力和空气消耗也越来越大，对增压器的需求也越来越高。燃料电池增压器以电机驱动的电动增压器为主，而且要求采用无油润滑技术。增压器的流量、压比和瞬态响应性要满足燃料电池不同运行工况的空气消耗需求，增压气体的压力波动要尽量保持稳定，防止压破燃料电池的膜电极组件。传统增压器的变海拔工作特性测试设备已经相对成熟，但是在测试燃料电池用电动增压器的变海拔特性时，需要引进燃料电池电堆来模拟燃料电池工作消耗的氧气和空气阻力，需要安全级别很高的涉氢实验室，导致测试成本和测试难度大幅增加。

发明内容

有鉴于此，本发明旨在提出一种燃料电池增压器变海拔模拟测试系统，以解决燃料电池电动增压器研制过程中试验测试采用真实电堆测试成本和测试安全性问题。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种燃料电池增压器变海拔模拟测试系统，包括依次管路连接的进气压力调节模块、待测增压器安装台、增压中冷模块、电堆空气阻力模拟模块、排气压力调节模块，进气压力调节模块、待测增压器安装台之间的管路上安装一号传感器，一号传感器用于对进气压力调节模块的压力和温度进行测量，待测增压器安装台、增压中冷模块之间的管路上安装二号传感器，二号传感器用于对增压器进出口气体的压力、流量和温度进行测量，增压中冷模块、电堆空气阻力模拟模块之间的管路上安装三号传感器，三号传感器用于对增压中冷模块的进出口气体的压力、流量和温度进行测量，在模拟电堆空气阻力模块后端引出两路空气出口，第一路出口为模拟燃料电池电堆阴极排气，并管路连接至排气压力调节模块，该管路上安装四号传感器和背压阀，第二路出口为模拟电堆消耗空气出口，第二路的管路上安装五号传感器和排气流量控制电磁阀，进气压力调节模块、待测增压器安装台、增压中冷模块、电堆空气阻力模拟模块、背压阀、排气压力调节模块、一号传感器、二号传感器、三号传感器、四号传感器和五号传感器分别信号连接至控制模块。

进一步的，所述电堆空气阻力模拟模块内部采用多层串联的空气过滤结构。

进一步的，所述一号传感器包括互相独立设置的一号温度传感器和一号压力传感器，一号温度传感器和一号压力传感器分别信号连接至控制模块。

进一步的，所述二号传感器包括互相独立设置的二号温度传感器、二号压力传感器和二号流量传感器，二号温度传感器、二号压力传感器和二号流量传感器分别信号连接至控制模块。

进一步的，所述三号传感器包括互相独立设置的三号温度传感器、三号压力传感器和三号流量传感器，三号温度传感器、三号压力传感器和三号流量传感器分别信号连接至控制模块。

相对于现有技术，本发明所述的一种燃料电池增压器变海拔模拟测试系统具有以下优势：

(1)本发明所述的一种燃料电池增压器变海拔模拟测试系统，包含可调节式模拟电堆空气消耗和电堆阻力模块的燃料电池增压器变海拔模拟测试系统，该测试系统采用模拟电堆空气消耗的模拟装置代替真实电堆，测试过程中不需要氢气，可以在常规电动增压器性能试验系统进行改装拓展其测试功能，不需要额外的涉氢安全防爆设施，解决了燃料电池电动增压器研制过程中试验测试采用真实电堆测试成本高和测试安全性低的问题。

(2)本发明所述的一种燃料电池增压器变海拔模拟测试系统，能够在不采用真实电堆的情况下，对燃料电池增压器在不同海拔下的增压性能进行快速测试。

附图说明

构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本发明实施例所述的一种燃料电池增压器变海拔模拟测试系统流程图；

图2为本发明实施例所述的电堆空气阻力模拟模块空气消耗示意图。

附图标记说明：

1-控制模块；2-进气压力调节模块；3-待测增压器安装台；4-增压中冷模块；5-电堆空气阻力模拟模块；6-排气压力调节模块；7-背压阀；8-排气流量控制电磁阀；9-一号传感器；10-二号传感器；11-三号传感器；12-四号传感器；13-五号传感器。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，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”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；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。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

一种燃料电池增压器变海拔模拟测试系统，如图1和图2所示，包括依次通过管路连接的进气压力调节模块2、待测增压器安装台3、增压中冷模块4、电堆空气阻力模拟模块5、排气压力调节模块6，进气压力调节模块2、待测增压器安装台3之间的管路上安装一号传感器9，一号传感器9用以对进气压力调节模块2的压力和温度进行测量，并将数据传递给控制模块1，待测增压器安装台3、增压中冷模块4之间的管路上安装二号传感器10，二号传感器10用于对增压器进出口气体的压力、流量和温度进行测量，增压中冷模块4、电堆空气阻力模拟模块5之间的管路上安装三号传感器11，三号传感器11用于对中冷器进出口气体的压力、流量和温度进行测量，在模拟电堆空气阻力模块后端引出两路空气出口，第一路出口为模拟燃料电池电堆阴极排气，并管路连接至排气压力调节模块6，该管路上安装四号传感器12和背压阀7，通过背压阀7进行压力控制；第二路出口为模拟电堆消耗空气出口，第二路上安装管路，管路上安装五号传感器13和排气流量控制电磁阀8，控制模块通过对排气流量控制电磁阀8进行流量控制，控制参数可以根据电堆空气阻力模拟模块5的实际运行工况进行设定，进气压力调节模块2、待测增压器安装台3、增压中冷模块4、电堆空气阻力模拟模块5、背压阀7、排气压力调节模块6、一号传感器9、二号传感器10、三号传感器11、四号传感器12和五号传感器13分别信号连接至控制模块1。

一号传感器9包括互相独立设置的一号温度传感器和一号压力传感器，一号温度传感器和一号压力传感器分别信号连接至控制模块1。

二号传感器10包括互相独立设置的二号温度传感器、二号压力传感器和二号流量传感器，二号温度传感器、二号压力传感器和二号流量传感器分别信号连接至控制模块1。

三号传感器11包括互相独立设置的三号温度传感器、三号压力传感器和三号流量传感器，三号温度传感器、三号压力传感器和三号流量传感器分别信号连接至控制模块1。

四号传感器12为压力传感器。

五号传感器13为流量传感器。

控制模块1为PLC。

进气压力调节模块2是一个内嵌制冷模块和加热模块的大体积容器，其进口管路安装比例电磁阀，出口管路安装温压传感器，空气压缩机与该容器通过独立管路连接，根据要模拟的不同海拔高度，通过控制进口比例阀和空气压缩机对容器中的空气气压水平进行调节，通过控制制冷或加热模块对容器中的空气温度进行调节，实现模拟不同海拔高度的大气压力和大气温度，并能够保证模拟燃料电池工作时增压器进口气体压力稳定在试验设定值。

进气压力调节模块2的控制过程通过本领域技术简单编程即可实现，电源的提供也属于公知常识，本申请不再详细解释控制过程和电路连接。

电堆空气阻力模拟模块5内部采用类似空气过滤结构的多层串联结构，可以根据被测燃料电池电堆的实际空气阻力情况进行组合，实现依据待测燃料电池系统电堆实际空气阻力情况进行调节。

排气压力调节模块6与进气压力调节模块2相同，用于实现对不同海拔高度大气压力进行模拟，为测试系统提供一个稳定的排气背压环境。

增压中冷模块4为现有技术中应用增压中冷技术的设备即可，如申请号为CN201510278085.4的“发动机增压中冷结构”。

一种燃料电池增压器变海拔模拟测试系统的工作原理为：

在燃料电池增压器进行变海拔增压性能测试过程中，首先要确定试验设定海拔高度，通过进气压力调节模块2把增压器进口温度和压力调节到设定值，通过排气压力调节模块6把测试系统背压阀7后的气体压力调节到设定值。然后根据被测燃料电池系统的电堆实际空阻值调整电堆空气阻力模拟模块5的设定值，根据电堆实际运行工况的氧气消耗量随动调节模拟消耗空气出口电磁阀的控制参量，实现模拟不同海拔条件下，增压器在燃料电池系统中的真实响应特性测试。

以上所述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、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种燃料电池增压器变海拔模拟测试系统，其特征在于：包括依次管路连接的进气压力调节模块、待测增压器安装台、增压中冷模块、电堆空气阻力模拟模块、排气压力调节模块，进气压力调节模块、待测增压器安装台之间的管路上安装一号传感器，一号传感器用于对进气压力调节模块的压力和温度进行测量，待测增压器安装台、增压中冷模块之间的管路上安装二号传感器，二号传感器用于对增压器进出口气体的压力、流量和温度进行测量，增压中冷模块、电堆空气阻力模拟模块之间的管路上安装三号传感器，三号传感器用于对增压中冷模块的进出口气体的压力、流量和温度进行测量，在模拟电堆空气阻力模块后端引出两路空气出口，第一路出口为模拟燃料电池电堆阴极排气，并管路连接至排气压力调节模块，该管路上安装四号传感器和背压阀，第二路出口为模拟电堆消耗空气出口，第二路的管路上安装五号传感器和排气流量控制电磁阀，进气压力调节模块、待测增压器安装台、增压中冷模块、电堆空气阻力模拟模块、背压阀、排气压力调节模块、一号传感器、二号传感器、三号传感器、四号传感器和五号传感器分别信号连接至控制模块；

进气压力调节模块是一个内嵌制冷模块和加热模块的大体积容器，其进口管路安装比例电磁阀，出口管路安装温压传感器，空气压缩机与该容器通过独立管路连接，根据要模拟的不同海拔高度，通过控制进口比例阀和空气压缩机对容器中的空气气压水平进行调节，通过控制制冷或加热模块对容器中的空气温度进行调节，实现模拟不同海拔高度的大气压力和大气温度。

2.根据权利要求1所述的一种燃料电池增压器变海拔模拟测试系统，其特征在于：电堆空气阻力模拟模块内部采用多层串联的空气过滤结构。

3.根据权利要求1所述的一种燃料电池增压器变海拔模拟测试系统，其特征在于：一号传感器包括互相独立设置的一号温度传感器和一号压力传感器，一号温度传感器和一号压力传感器分别信号连接至控制模块。

4.根据权利要求1所述的一种燃料电池增压器变海拔模拟测试系统，其特征在于：二号传感器包括互相独立设置的二号温度传感器、二号压力传感器和二号流量传感器，二号温度传感器、二号压力传感器和二号流量传感器分别信号连接至控制模块。

5.根据权利要求1所述的一种燃料电池增压器变海拔模拟测试系统，其特征在于：三号传感器包括互相独立设置的三号温度传感器、三号压力传感器和三号流量传感器，三号温度传感器、三号压力传感器和三号流量传感器分别信号连接至控制模块。