CN114122452A - 一种燃料电池系统测试台架和测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种燃料电池系统测试台架和测试方法，属于燃料电池系统技术领域。本发明的燃料电池系统测试台架，包括电池环境仓、环境温度调控组件、供气调控组件、气压调控组件、热管理组件和转换开关，电池环境仓用于容纳燃料电池系统；环境温度调控组件用于调控电池环境仓内的气温；供气调控组件用于将设定气温及设定气压的燃料气体输送至燃料电池系统的进气口；气压调控组件可使进入燃料电池系统的空气气压小于标准大气压并维持在设定气压；热管理组件用于对燃料电池系统进行加热或冷却；转换开关能选择性地将燃料电池系统与电子负载或动力电池测试单元连接。能满足高原高温及低温测试需求，还能满足燃料电池系统与动力电池系统联合测试。

Description

一种燃料电池系统测试台架和测试方法

技术领域

本发明涉及燃料电池测试技术领域，尤其涉及一种燃料电池系统测试台架和测试方法。

背景技术

氢燃料电池汽车是氢能应用最广泛的产业之一，现有的氢燃料电池系统，具有体积小、容量大、零排放、无污染的优点。氢燃料电池汽车与纯电动汽车具有互补关系，发展氢燃料电池汽车意义深远。

由于氢燃料需要在低温或者高压条件下储存或者运输，因此其储存能力、稳定性和安全性成为制约氢燃料电池系统发展最主要的制约因素。燃料电池系统的系统测试，可协助快速了解燃料电池系统的性能，并了解燃料电池系统燃料条件对燃料电池系统性能的影响变化，帮助研究燃料流量、湿度、温度、压力等因素对燃料电池系统性能的影响，以提升燃料电池系统的整体性能及可靠性。

现有的燃料电池汽车都是燃料电池系统与动力电池系统共同提供驱动力，但是目前的燃料电池系统测试台架只能对燃料电池系统进行测试，无法与动力电池系统进行联合测试。另外，对于高原地区使用的燃料电池汽车，由于高原低压环境会对燃料电池系统产生影响，目前的燃料电池系统测试台架，只能对常温燃料进行测试，无法满足高原高温及低温状态下燃料电池系统测试需求。

发明内容

本发明的目的在于提供一种燃料电池系统测试台架和测试方法，能满足高原高温及低温测试需求，还能满足燃料电池系统与动力电池系统联调及测试需求。

为实现上述目的，提供以下技术方案：

一方面，提供了一种燃料电池系统测试台架，包括：

电池环境仓，用于容纳待测试的燃料电池系统；

环境温度调控组件，用于调控所述电池环境仓内的气温，以使所述电池环境仓内的气温维持在设定温度；

供气调控组件，用于将设定气温及设定气压的燃料气体输送至所述燃料电池系统的进气口；

气压调控组件，用于对所述燃料电池系统的排气口抽真空，以使进入所述燃料电池系统的空气气压小于标准大气压并维持在所述设定气压；

热管理组件，用于对所述燃料电池系统进行加热或冷却；

转换开关，能选择性地将所述燃料电池系统与电子负载或动力电池测试单元连接。

作为燃料电池系统测试台架的可选方案，所述气压调控组件包括沿气流方向依次设于所述燃料电池系统的排气管路上的预冷器、排气控制阀、混合箱和真空风机。

作为燃料电池系统测试台架的可选方案，所述气压调控组件还包括：

混合箱气压检测件，用于检测所述混合箱内的气压；

所述排气控制阀能根据所述混合箱气压检测件的检测结果选择性增大或减小开度。

作为燃料电池系统测试台架的可选方案，所述动力电池测试单元包括：

动力电池系统，与所述燃料电池系统通过所述转换开关连接；

电机控制器，与所述动力电池系统连接，并与所述燃料电池系统通过所述转换开关连接；

驱动电机，与所述电机控制器连接；

电力测功机，与所述驱动电机连接。

作为燃料电池系统测试台架的可选方案，所述供气调控组件包括两个供气单元，两个所述供气单元分别用于向所述燃料电池系统供应不同种类的燃料气体；所述供气单元包括储气件和输气管，所述输气管连通所述储气件与所述燃料电池系统。

作为燃料电池系统测试台架的可选方案，所述供气调控组件还包括气温检测调节单元，用于获取并调节所述燃料电池系统的进气口的气温；所述气温检测调节单元包括：

调温单元，用于加热或冷却两个所述供气单元的所述输气管中的所述燃料气体，以使所述燃料气体维持在所述设定气温；

两个气温检测单元，两个所述气温检测单元与两个所述供气单元的所述输气管一一对应设置，并用于检测对应的所述输气管内的所述燃料气体的温度；所述气温检测单元包括两个气温检测件，沿所述燃料气体的流动方向，同一所述输气管的两个所述气温检测件分别用于检测所述调温单元上游和下游的所述燃料气体的温度；

所述调温单元能根据两个所述供气单元的所述气温检测件的检测结果选择性启动或停止，以加热或冷却所述燃料气体。

作为燃料电池系统测试台架的可选方案，所述供气调控组件还包括气压检测调节单元，用于获取并调节其中一个所述供气单元的所述输气管与所述燃料电池系统的进气口连接处的气压；所述气压检测调节单元包括：

气压检测件，用于检测对应的所述输气管与所述燃料电池系统的进气口连接处的气压；

减压阀，设于对应的所述输气管，所述减压阀能根据所述气压检测件的检测结果选择性增大或减小开度。

作为燃料电池系统测试台架的可选方案，所述调温单元包括：

气体环境仓；

气体温度调控单元，用于调控所述电池环境仓内的气温；

两个盘管，两个所述盘管均盘设于所述气体环境仓内，且两个所述盘管一一对应地串联于两个所述输气管；

优选地，所述气体温度调控单元能调节所述气体环境仓内气温的范围为-40℃～60℃。

作为燃料电池系统测试台架的可选方案，所述热管理组件包括：

热循环管路，所述热循环管路的两端均与所述燃料电池系统连接；

散热单元，用于冷却所述热循环管路中的冷却液；

加热单元，用于加热所述热循环管路中的所述冷却液。

作为燃料电池系统测试台架的可选方案，所述热管理组件包括：

两个冷却液温度检测件，分别用于检测所述热循环管路进口和所述热循环管路出口的所述冷却液的温度；

所述加热单元能根据两个所述冷却液温度检测件的检测结果选择性启动或停止；

所述散热单元能根据两个所述冷却液温度检测件的检测结果选择性启动或停止。

作为燃料电池系统测试台架的可选方案，所述散热单元包括台架散热系统和车载散热系统，所述台架散热系统和所述车载散热系统并联设于所述热循环管路。

作为燃料电池系统测试台架的可选方案，所述台架散热系统包括：

换热器，设于所述热循环管路，在所述换热器中，所述热循环管路中的所述冷却液能与所述换热器内的换热介质进行热量交换；

换热管，所述换热管的两端均连接于所述换热器，以使所述换热器中的所述换热介质能在所述换热器与所述换热管之间循环；

冷却塔，设于所述换热管，用于冷却所述换热介质；

优选地，所述台架散热系统还包括：

冷水机组，设于所述换热管，用于冷却所述换热介质。

另一方面，提供了一种燃料电池测试方法，采用如上任一项所述的燃料电池系统测试台架对待测试的所述燃料电池系统进行测试，包括以下步骤：

实时获取并调节所述电池环境仓内的气温维持在设定温度；

将设定气温及设定气压的所述燃料气体输送至所述燃料电池系统的进气口；

对所述燃料电池系统的排气口抽真空，使进入所述燃料电池系统的空气气压小于标准大气压并维持在所述设定气压；

实时获取并调节所述燃料电池系统的温度；

控制转换开关将所述燃料电池系统与电子负载或动力电池测试单元连接。

与现有技术相比，本发明的有益效果：

本发明的燃料电池系统测试台架和测试方法，通过供气调控组件调节燃料气体温度及压力，并通过环境温度调控组件调节燃料电池系统所处的环境温度，以模拟常温、高温及低温环境进行测试；通过气压调控组件对燃料电池系统的排气口抽真空，以使进入燃料电池系统的空气气压小于标准大气压并维持在设定压力，以模拟高原低压环境进行测试；通过转换开关可将燃料电池系统与电子负载连接，以对燃料电池系统进行测试，还可通过转换开关将燃料电池系统与动力电池测试单元连接，以实现燃料电池系统与动力电池系统联合测试，满足多种测试需求，有利于提高测试效率，并降低测试成本。

附图说明

图1为本发明实施例中燃料电池系统测试台架的结构示意图；

图2为本发明实施例中热管理组件控制方法示意图；

图3为利用本发明实施例中的燃料电池系统测试台架进行测试时的数据采集及中央控制系统连接关系示意图。

附图标记：

100、燃料电池系统；1、电池环境仓；2、供气调控组件；21、氢气供气单元；211、氢气罐；212、氢气输气管；213、氢气气压检测件；214、氢气手动球阀；215、氢气滤清器；216、氢气减压阀；217、氢气断路电磁阀；218、质量流量计；219、氢气止回阀；2110、氢气截止阀；2111、氢气气温检测件一；2112、氢气气温检测件二；22、空气供气单元；221、空压机；222、空气输气管；223、空气滤清器；224、空气气温检测件一；225、空气气温检测件二；23、气体环境仓；241、制冷压缩机组；242、空气加热器；25、盘管；3、气压调控组件；31、预冷器；32、排气控制阀；33、混合箱；34、真空风机；35、排气温度检测件；36、排气压力检测件；4、热管理组件；41、热循环管路；411、第一支管；412、第二支管；42、散热单元；421、台架散热系统；4211、台架散热通球阀；4212、换热器；4213、换热管；4214、冷却塔；4215、进口通球阀；4216、出口电磁阀；4217、冷水机组；4218、辅助冷却管；4219、冷水机组电磁阀；422、车载散热系统；4221、车载散热通球阀；4222、车载水泵；4223、车载散热器；43、加热单元；44、循环水泵；45、去离子器；46、储水箱；47、流量计；48、电导率传感器；49、冷却液温度检测件；410、冷却液压力检测件；5、转换开关；6、电子负载；7、动力电池测试单元；71、动力电池系统；72、电机控制器；73、驱动电机；74、电力测功机；81、直流电源；82、控制电源；9、气体吹扫组件；91、氮气罐；92、氮气输气管；93、氮气手动球阀；94、氮气过滤器；95、氮气减压阀；96、氮气断路电磁阀；97、氮气止回阀。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作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。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“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，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，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”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。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，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“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。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。

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

燃料电池系统测试可帮助开发人员进行提升燃料电池系统整体性能及可靠性的研究，现有的燃料电池汽车都是燃料电池系统与动力电池系统共同提供驱动力，但是目前的燃料电池系统测试台架只能对燃料电池系统进行测试，无法与动力电池系统进行联合测试。另外，对于高原地区使用的燃料电池汽车，由于高原低压环境会对燃料电池系统产生影响，目前的燃料电池系统测试台架，只能对常温燃料进行测试，无法满足高原高温及低温状态下燃料电池系统测试需求。

为了解决上述问题，本实施例提供了一种燃料电池系统测试台架，能满足高原高温及低温测试需求，还能满足燃料电池系统与动力电池系统联调及测试需求。

如图1-3所示，燃料电池系统测试台架包括电池环境仓1、环境温度调控组件、供气调控组件2、气压调控组件3、热管理组件4和转换开关5，电池环境仓1用于容纳待测试的燃料电池系统100。

环境温度调控组件用于调控电池环境仓1内的气温升高或降低，以使电池环境仓1内的气温维持在设定温度，进而可模拟常温、高温和低温环境，以便测试常温、高温和低温环境对燃料电池系统100的影响。示例性地，环境温度调控组件包括制冷压缩机组241和空气加热器242，制冷压缩机组241用于实现电池环境仓1制冷降温，空气加热器242用于实现电池环境仓1制热升温。当然，环境温度调控组件还可以为空调等其他气温调节机构，只要能实现电池环境仓1升温和降温即可，在此不作限定。

供气调控组件2用于将设定气温及设定气压的燃料气体输送至待测试的燃料电池系统100的电堆的进气口；本实施例中，燃料气体包括氢气和空气。供气调控组件2能对反应前的氢气和空气进行预热，进而可模拟常温、高温和低温环境，以便测试常温、高温和低温环境对燃料电池系统100的影响。

气压调控组件3用于对电堆的排气口抽真空，以使进入电堆的空气气压小于标准大气压并维持在设定气压，进而可模拟高原低压环境，对燃料电池系统100进行测试。

热管理组件4用于对燃料电池系统100进行加热或冷却，以使燃料电池系统100处在稳定运行的温度范围内。本实施例的热管理组件4可实现燃料电池系统100快速升温和冷却，优化了测试流程。

转换开关5能选择性地将燃料电池系统100与电子负载6或动力电池测试单元7连接，示例性地，电子负载6为回馈式电子负载。通过转换开关5将燃料电池系统100与电子负载6连接，用于燃料电池系统100模拟各工况下运行状态分析。还可通过转换开关5将燃料电池系统100与动力电池测试单元7连接，以实现燃料电池系统100与动力电池系统联合测试，满足多种测试需求，有利于提高测试效率，并降低测试成本。

本实施例的燃料电池系统测试台架还包括直流电源81和控制电源82，直流电源81与燃料电池系统100的各个BOP(balance of plant，辅助系统，燃料电池系统中除了电堆或燃料电池模块的其他所有组件的总称，其功能为保障电堆或燃料电池模块的正常运行)接口连接，用于燃料电池系统100的BOP供电。控制电源82与燃料电池系统100的控制单元连接，用于燃料电池系统100的控制单元低压供电。

进一步地，动力电池测试单元7包括动力电池系统71、电机控制器72、驱动电机73和电力测功机74，动力电池系统71与燃料电池系统100通过转换开关5连接；电机控制器72与动力电池系统71连接，并与燃料电池系统100通过转换开关5连接；驱动电机73与电机控制器72连接；电力测功机74与驱动电机73连接。在对燃料电池系统100与动力电池系统71进行联合测试过程中，通过整车控制器(VCU)控制燃料电池系统100的控制单元(FCCU)、动力电池系统71的电池管理系统(BMS)及电机控制器72(MCU)，可模拟燃料电池车辆整车动力系统在车辆起步、工况行驶、加速及减速等状态下动力系统性能的测试。

本实施例中，气压调控组件3包括沿气流方向依次设于电堆的排气管路上的预冷器31、排气控制阀32、混合箱33和真空风机34，示例性地，真空风机34为罗茨风机，具有结构简单，制造方便的特点，有利于降低测试成本。进一步地，气压调控组件3还包括混合箱气压检测件，混合箱气压检测件用于检测混合箱33内的气压；排气控制阀32能根据混合箱气压检测件的检测结果选择性增大或减小开度。通过真空风机34抽取预冷器31及混合箱33内真空，并通过调节排气控制阀32的开度，使混合箱33内达到所需模拟的大气压力，模拟在不同海拔高度进行低压测试。

进一步地，排气管路上还设有排气温度检测件35和排气压力检测件36，排气温度检测件35用于检测电堆排气口处的气温，示例性地，排气温度检测件35为温度传感器；排气压力检测件36用于检测电堆排气口处的气压，示例性地，排气压力检测件36为压力传感器。

具体地，供气调控组件2包括两个供气单元，两个供气单元分别用于向电堆供应不同种类的燃料气体。本实施例中，一个供气单元用于向电堆供应氢气，另一个供气单元用于向电堆供应空气。

供气单元包括储气件和输气管，输气管连通储气件与电堆。为了便于描述，将两个供气单元分别记为氢气供气单元21和空气供气单元22。空气供气单元22包括空压机221(即上述供气单元的储气件)和空气输气管222，空气输气管222连通空压机221和电堆空气进气口，空气输气管222上设有空气滤清器223，空压机221吸入的空气经过空气滤清器223处理后通过空气输气管222供给电堆。

氢气供气单元21包括氢气罐211和氢气输气管212，氢气输气管212连通氢气罐211和电堆氢气进气口。供气调控组件2还包括气压检测调节单元，用于获取并调节氢气供气单元21的氢气输气管212与电堆的进气口连接处的气压。具体地，气压检测调节单元包括氢气气压检测件213和氢气减压阀216，示例性地，氢气气压检测件213为压力传感器，氢气气压检测件213用于检测氢气输气管212与电堆的进气口连接处的氢气气压；氢气减压阀216设于氢气输气管212，氢气减压阀216能根据氢气气压检测件213的检测结果选择性增大或减小开度，以增大或减小氢气输气管212内的氢气气压。此外，沿氢气流动方向，氢气输气管212上依次设有氢气手动球阀214、氢气滤清器215、上述氢气减压阀216、氢气断路电磁阀217、质量流量计218、氢气止回阀219和氢气截止阀2110，氢气滤清器215用于对氢气进行过滤，氢气断路电磁阀217用于控制氢气输气管212通断，质量流量计218用于监测氢气流量。

供气调控组件2还包括气温检测调节单元，用于获取并调节电堆的进气口的气温。具体地，气温检测调节单元包括调温单元和两个气温检测单元，调温单元用于加热或冷却两个供气单元的输气管中的燃料气体，以使燃料气体维持在上述设定气温；两个气温检测单元与两个供气单元的输气管一一对应设置，并用于检测对应的输气管内的燃料气体的温度；气温检测单元包括两个气温检测件，示例性地，气温检测件为温度传感器。沿燃料气体的流动方向，同一输气管的两个气温检测件分别用于检测调温单元上游和下游的燃料气体的温度；调温单元能根据两个供气单元的气温检测件的检测结果选择性启动或停止，以加热或冷却燃料气体。

为了便于描述，将氢气输气管212上的两个气温检测件分别记为氢气气温检测件一2111和氢气气温检测件二2112，具体地，氢气气温检测件一2111位于氢气减压阀216与氢气断路电磁阀217之间，氢气气温检测件二2112位于氢气截止阀2110与电池环境仓1之间。将空气输气管222上的两个气温检测件分别记为空气气温检测件一224和空气气温检测件二225。

具体地，调温单元包括气体环境仓23、气体温度调控单元和两个盘管25，气体温度调控单元用于调控电池环境仓1内的气温；两个盘管25均盘设于气体环境仓23内，且两个盘管25一一对应地串联于两个输气管。具体地，在氢气输气管212上，气体环境仓23位于氢气断路电磁阀217与质量流量计218之间；在空气输气管222上，气体环境仓23位于空气气温检测件一224和空气气温检测件二225之间。

进一步地，气体温度调控单元能调节气体环境仓23内气温的范围为-40℃～60℃。示例性地，气体温度调控单元能调节气体环境仓23内气温维持在-40℃、-30℃、-20℃、-10℃、0℃、10℃、20℃、30℃、40℃、50℃或60℃，以对氢气进气管中的氢气和空气进气管中的空气进行预冷和预热。示例性地，气体温度调控单元包括制冷压缩机组241和空气加热器242，制冷压缩机组241包括串联的R404压缩机和R23压缩机，气体环境仓23的制冷通过R404压缩机及R23压缩机组实现，使得气体环境仓23内的最低温度可达-40℃；气体环境仓23的制热通过空气加热器242实现，使得气体环境仓23内的最高温度可达60℃。气体环境仓23可配合电池环境仓1，用于低温测试前对氢气和空气进行预冷，还可用于高温测试前对氢气和空气进行预热。当然，气体温度调控单元还可以为空调等其他气温调节机构，只要能实现气体环境仓23升温和降温即可，在此不作限定。

具体地，热管理组件4包括热循环管路41、散热单元42和加热单元43，热循环管路41的两端均与燃料电池系统100连接。散热单元42用于冷却热循环管路41中的冷却液；加热单元43用于加热热循环管路41中的冷却液。当需要冷却液快速升温时，可关闭散热单元42，开启加热单元43，示例性地，加热单元43为加热器，并可根据燃料电池系统100在不同工况下的产热量，调整加热单元43的功率，保证燃料电池系统100处在稳定运行温度范围内。

需要说明的是，散热单元42可以为燃料电池系统测试台架自身设置的台架散热系统421，也可以为车辆的车载散热系统422，以满足车载散热系统422在非装车情况下测试验证，具体可根据开发需求进行选择，提高了测试效率。

本实施例中，散热单元42包括台架散热系统421和车载散热系统422，台架散热系统421和车载散热系统422并联设于热循环管路41。具体地，热循环管路41的中段分为互相并联的第一支管411和第二支管412，台架散热系统421设于第一支管411，车载散热系统422设于第二支管412，在利用台架散热系统421进行散热时切断第二支管412，在利用车载散热系统422进行散热时切断第一支管411。具体地，热循环管路41的进口端设有循环水泵44，循环水泵44用于提供循环动力，以使冷却液在燃料电池系统100与热循环管路41中循环流动。加热单元43设于热循环管路41的出口端，第一支管411与第二支管412位于循环水泵44和加热单元43之间。

台架散热系统421包括台架散热通球阀4211、换热器4212、换热管4213和冷却塔4214，沿冷却液流动方向，台架散热通球阀4211与换热器4212依次设于第一支管411，在换热器4212中，热循环管路41中的冷却液能与换热器4212内的换热介质进行热量交换。换热管4213的两端均连接于换热器4212，以使换热器4212中的换热介质能在换热器4212与换热管4213之间循环。冷却塔4214设于换热管4213，用于冷却换热介质。沿换热介质流动方向，冷却塔4214的上游设有进口通球阀4215，冷却塔4214的下游设有出口电磁阀4216。当冷却液温度需求为RT(即室温)～95℃时，只利用上述台架散热系统421即可满足需求。当冷却液温度需求为7℃～95℃时，还可在台架散热系统421中增设冷水机组4217，以快速冷却换热介质。具体地，换热管4213包括辅助冷却管4218，辅助冷却管4218的两端均连接于换热管4213，且辅助冷却管4218的两端分别位于出口电磁阀4216的两侧，冷水机组4217设于换热管4213，冷水机组4217的进口设有冷水机组电磁阀4219。

车载散热系统422包括依次设于第二支管412的车载散热通球阀4221、车载水泵4222和车载散热器4223，在散热过程中，开启车载散热器4223的风扇，并可根据模拟不同工况情况调节风扇的风量。

图2为本实施例的热管理组件控制方法示意图，下面参照图2详细介绍热管理组件4的控制方法。

S1、在需要启动热管理组件4对燃料电池系统100进行热管理时，可根据需求选择使用台架散热系统421或车载散热系统422，当选择台架散热系统421时，则进入S2；当选择车载散热系统422时，则进入S7。

在对燃料电池系统100测试前或测试过程中，可人为选择车载散热系统422对燃料电池系统100进行散热，以满足车载散热系统422在非装车情况下测试验证，有利于提高测试效率，并降低测试成本。还可人为选择台架散热系统421对燃料电池系统100进行散热，可对燃料电池系统100进行快速降温，优化测试流程。台架散热系统421与加热单元43配合，可满足燃料电池系统100常温、高温及低温工况下的热管理性能测试。

S2、开启循环水泵44、台架散热通球阀4211，关闭车载散热通球阀4221；若需要加热燃料电池系统100，则进入S3；若需要冷却燃料电池系统100，则进入S4。

S3、开启加热单元43，关闭冷却塔4214及进口通球阀4215；直至燃料电池系统100的温度达到测试需求，关闭加热单元43。

根据燃料电池系统100在不同工况下的产热量，调整加热单元43的功率，保证燃料电池系统100处在稳定运行的温度范围内。可在燃料电池系统100内部和外部设置电池温度检测件，例如温度传感器，以检测燃料电池系统100内部和外部的温度，以通过电池温度检测件判断燃料电池系统100的温度是否达到测试需求。

S4、关闭加热单元43，当冷却液温度需求为RT(即室温)～95℃时，则进入S5；当冷却液温度需求为7℃～95℃时，则进入S6。

可以理解为当需要快速冷却燃料电池系统100时，对应的冷却液温度需求为7℃～95℃；否则，对应的冷却液温度需求为RT(即室温)～95℃。

S5、开启冷却塔4214、进口通球阀4215和出口电磁阀4216，关闭冷水机组电磁阀4219及冷水机组4217。

S6、开启冷却塔4214及进口通球阀4215，关闭出口电磁阀4216，开启冷水机组电磁阀4219及冷水机组4217。

S7、开启车载散热通球阀4221，关闭循环水泵44、台架散热通球阀4211、冷却塔4214、冷水机组4217和加热单元43。

需要说明的是，本实施例中，热管理组件4的冷却液为去离子水，自来水经过去离子器45处理后存储在储水箱46中，再将储水箱46与热循环管路41连接，以向热循环管路41中补充冷却水。进一步地，热循环管路41上还设有流量计47，以便监测冷却液流量，流量计47位于台架散热系统421及车载散热系统422的输出端的下游。具体地，储水箱46的一端与循环水泵44的进水口通过管路连接，另一端与台架散热系统421及车载散热系统422的输出端通过管路连接。测试过程中，冷却水的电导率需小于5μS/cm，否则则需检测去离子器45是否存在故障。为了实时监测冷却水的电导率，热循环管路41出口处设有电导率传感器48。

进一步地，热管理组件4还包括两个冷却液温度检测件49，示例性地，冷却液温度检测件49为温度传感器，两个冷却液温度检测件49分别用于检测热循环管路41进口和热循环管路41出口的冷却液的温度；加热单元43能根据两个冷却液温度检测件49的检测结果选择性启动或停止；散热单元42能根据两个冷却液温度检测件49的检测结果选择性启动或停止。

进一步地，热管理组件4还包括两个冷却液压力检测件410，示例性地，冷却液压力检测件410为压力传感器，两个冷却液压力检测件410分别用于检测热循环管路41进口和热循环管路41出口的冷却液的压力。

本实施例的燃料电池系统测试台架还包括气体吹扫组件9，用于在燃料电池系统100停机后对电堆阳极内的水分及残留的氢气进行吹扫。本实施例中，用于吹扫的气体为氮气。具体地，气体吹扫组件9包括氮气罐91和氮气输气管92，氮气输气管92的一端连接氮气罐91，另一端连接于氢气输气管212并位于氢气止回阀219和氢气截止阀2110之间，进而在利用氮气进行吹扫时，可利用氢气输气管212上的氢气气温检测件二2112和氢气气压检测件213检测氮气的气温和气压。沿氮气流动方向，氮气输气管92上依次设有氮气手动球阀93、氮气过滤器94、氮气减压阀95、氮气断路电磁阀96和氮气止回阀97。

需要说明的是，在利用上述燃料电池系统测试台架对待测试的燃料电池系统100进行测试时，如图3所示，可利用CAN总线分别与燃料电池系统100的控制单元(FCCU)、电机控制器72(MCU)、动力电池系统71的电池管理系统(BMS)、整车控制器(VCU)、上位机及上述燃料电池系统测试台架的各个电器件和各个传感器及电磁阀连接，以进行燃料电池系统100性能测试。

本实施例还提供了一种燃料电池系统测试方法，采用上述的燃料电池系统测试台架对待测试的燃料电池系统100进行测试，包括以下步骤：

实时获取并调节电池环境仓1内的气温维持在设定温度；将设定气温及设定气压的燃料气体输送至电堆的进气口；对电堆的排气口抽真空，使进入电堆的空气气压小于标准大气压并维持在设定气压；实时获取并调节燃料电池系统100的温度；控制转换开关5将燃料电池系统100与电子负载6或动力电池测试单元7连接。

本实施例提供的燃料电池测试方法，可采用上述的燃料电池系统测试台架对待测试的燃料电池系统100进行测试，并具备与上述燃料电池系统测试台架相同的功能和有益效果。

注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域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。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (13)

1.一种燃料电池系统测试台架，其特征在于，包括：

电池环境仓(1)，用于容纳待测试的燃料电池系统(100)；

环境温度调控组件，用于调控所述电池环境仓(1)内的气温，以使所述电池环境仓(1)内的气温维持在设定温度；

供气调控组件(2)，用于将设定气温及设定气压的燃料气体输送至所述燃料电池系统(100)的进气口；

气压调控组件(3)，用于对所述燃料电池系统(100)的排气口抽真空，以使进入所述燃料电池系统(100)的空气气压小于标准大气压并维持在所述设定气压；

热管理组件(4)，用于对所述燃料电池系统(100)进行加热或冷却；

转换开关(5)，能选择性地将所述燃料电池系统(100)与电子负载(6)或动力电池测试单元(7)连接。

2.根据权利要求1所述的燃料电池系统测试台架，其特征在于，所述气压调控组件(3)包括沿气流方向依次设于所述燃料电池系统(100)的排气管路上的预冷器(31)、排气控制阀(32)、混合箱(33)和真空风机(34)。

3.根据权利要求2所述的燃料电池系统测试台架，其特征在于，所述气压调控组件(3)还包括：

混合箱气压检测件，用于检测所述混合箱(33)内的气压；

所述排气控制阀(32)能根据所述混合箱气压检测件的检测结果选择性增大或减小开度。

4.根据权利要求1所述的燃料电池系统测试台架，其特征在于，所述动力电池测试单元(7)包括：

动力电池系统(71)，与所述燃料电池系统(100)通过所述转换开关(5)连接；

电机控制器(72)，与所述动力电池系统(71)连接，并与所述燃料电池系统(100)通过所述转换开关(5)连接；

驱动电机(73)，与所述电机控制器(72)连接；

电力测功机(74)，与所述驱动电机(73)连接。

5.根据权利要求1所述的燃料电池系统测试台架，其特征在于，所述供气调控组件(2)包括两个供气单元，两个所述供气单元分别用于向所述燃料电池系统(100)供应不同种类的燃料气体；所述供气单元包括储气件和输气管，所述输气管连通所述储气件与所述燃料电池系统(100)。

6.根据权利要求5所述的燃料电池系统测试台架，其特征在于，所述供气调控组件(2)还包括气温检测调节单元，用于获取并调节所述燃料电池系统(100)的进气口的气温；所述气温检测调节单元包括：

调温单元，用于加热或冷却两个所述供气单元的所述输气管中的所述燃料气体，以使所述燃料气体维持在所述设定气温；

两个气温检测单元，两个所述气温检测单元与两个所述供气单元的所述输气管一一对应设置，并用于检测对应的所述输气管内的所述燃料气体的温度；所述气温检测单元包括两个气温检测件，沿所述燃料气体的流动方向，同一所述输气管的两个所述气温检测件分别用于检测所述调温单元上游和下游的所述燃料气体的温度；

所述调温单元能根据两个所述供气单元的所述气温检测件的检测结果选择性启动或停止，以加热或冷却所述燃料气体。

7.根据权利要求6所述的燃料电池系统测试台架，其特征在于，所述供气调控组件(2)还包括气压检测调节单元，用于获取并调节其中一个所述供气单元的所述输气管与所述燃料电池系统(100)的进气口连接处的气压；所述气压检测调节单元包括：

气压检测件，用于检测对应的所述输气管与所述燃料电池系统(100)的进气口连接处的气压；

减压阀，设于对应的所述输气管，所述减压阀能根据所述气压检测件的检测结果选择性增大或减小开度。

8.根据权利要求6所述的燃料电池系统测试台架，其特征在于，所述调温单元包括：

气体环境仓(23)；

气体温度调控单元，用于调控所述电池环境仓(1)内的气温；

两个盘管(25)，两个所述盘管(25)均盘设于所述气体环境仓(23)内，且两个所述盘管(25)一一对应地串联于两个所述输气管；

优选地，所述气体温度调控单元能调节所述气体环境仓(23)内气温的范围为-40℃～60℃。

9.根据权利要求1所述的燃料电池系统测试台架，其特征在于，所述热管理组件(4)包括：

热循环管路(41)，所述热循环管路(41)的两端均与所述燃料电池系统(100)连接；

散热单元(42)，用于冷却所述热循环管路(41)中的冷却液；

加热单元(43)，用于加热所述热循环管路(41)中的所述冷却液。

10.根据权利要求9所述的燃料电池系统测试台架，其特征在于，所述热管理组件(4)包括：

两个冷却液温度检测件(49)，分别用于检测所述热循环管路(41)进口和所述热循环管路(41)出口的所述冷却液的温度；

所述加热单元(43)能根据两个所述冷却液温度检测件(49)的检测结果选择性启动或停止；

所述散热单元(42)能根据两个所述冷却液温度检测件(49)的检测结果选择性启动或停止。

11.根据权利要求9所述的燃料电池系统测试台架，其特征在于，所述散热单元(42)包括台架散热系统(421)和车载散热系统(422)，所述台架散热系统(421)和所述车载散热系统(422)并联设于所述热循环管路(41)。

12.根据权利要求11所述的燃料电池系统测试台架，其特征在于，所述台架散热系统(421)包括：

换热器(4212)，设于所述热循环管路(41)，在所述换热器(4212)中，所述热循环管路(41)中的所述冷却液能与所述换热器(4212)内的换热介质进行热量交换；

换热管(4213)，所述换热管(4213)的两端均连接于所述换热器(4212)，以使所述换热器(4212)中的所述换热介质能在所述换热器(4212)与所述换热管(4213)之间循环；

冷却塔(4214)，设于所述换热管(4213)，用于冷却所述换热介质；

优选地，所述台架散热系统(421)还包括：

冷水机组(4217)，设于所述换热管(4213)，用于冷却所述换热介质。

13.一种燃料电池测试方法，其特征在于，采用如权利要求1至12任一项所述的燃料电池系统测试台架对待测试的所述燃料电池系统(100)进行测试，包括以下步骤：

实时获取并调节所述电池环境仓(1)内的气温维持在设定温度；

将设定气温及设定气压的所述燃料气体输送至所述燃料电池系统(100)的进气口；

对所述燃料电池系统(100)的排气口抽真空，使进入所述燃料电池系统(100)的空气气压小于标准大气压并维持在所述设定气压；

实时获取并调节所述燃料电池系统(100)的温度；

控制转换开关(5)将所述燃料电池系统(100)与电子负载(6)或动力电池测试单元(7)连接。

Images