CN114628741A - 一种燃料电池发动机的加水排气的测试方法及测试装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种燃料电池发动机的加水排气的测试方法及其测试装置，涉及燃料电池技术领域。燃料电池发动机的加水排气的测试方法用于对多个并联设置的燃料电池发动机进行加水排气，多个燃料电池发动机中，其中一个为标定燃料电池发动机，包括以下步骤：先对标定燃料电池发动机进行加水，并计算标定燃料电池发动机在标定水泵的转速为额定转速时加满水所需的时间T₀；对加满水的标定燃料电池发动机冷却管路中的气泡进行排气，标定水泵以设定转速变化规律进行循环，并获取完成排气所需的循环次数X₀；根据标定燃料电池发动机加满水所需的时间T₀和完成排气所需循环次数X₀，依次对其余多个非标定的燃料电池发动机进行加水排气，提高了工作效率。

Description

一种燃料电池发动机的加水排气的测试方法及测试装置

技术领域

本发明涉及燃料电池技术领域，尤其涉及一种燃料电池发动机的加水排气的测试方法及测试装置。

背景技术

质子交换膜燃料电池(PEMFC)因其绿色环保、能量密度高、发电效率高、启动速度快等优点被认为是最具潜力的未来车用动力源之一。

随着应用场景的多样化，单个燃料电池发动机不足以满足高功率应用场景的需求，需将多个燃料电池发动机联合起来调试和运行。联合调试首先对燃料电池发动机进行加水排气，现有技术中，燃料电池发动机排气加水的方法，需要检查单节手动排气管无气泡流出后则关闭排气阀并停止加水；停止加水后需重新启动并变化手柄位置，观察水位的变化来确定是否完成排气加水。通过对水位及气泡的观察来判定加水排气完成的状态，效率较低不适合应用于多个燃料电池发动机的联合调试。

发明内容

本发明的目的在于提供一种燃料电池发动机加水排气的测试方法及其测试装置，能够对多台燃料电池发动机联合调试，工作效率高。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

一种燃料电池发动机的加水排气的测试方法，用于对多个并联设置的所述燃料电池发动机进行加水排气，多个所述燃料电池发动机中，其中一个为标定燃料电池发动机，包括以下步骤：

先对所述标定燃料电池发动机进行加水，并计算所述标定燃料电池发动机在标定水泵的转速为额定转速时加满水所需的时间T₀；

对加满水的所述标定燃料电池发动机冷却管路中的气泡进行排气，所述标定水泵以设定转速变化规律进行循环，并获取完成排气所需的循环次数X₀；

根据所述标定燃料电池发动机加满水所需的时间T₀和完成排气所需循环次数X₀，依次对其余多个非标定的所述燃料电池发动机进行加水排气。

作为所述的燃料电池发动机的加水排气的测试方法的一个可选方案，对所述标定燃料电池发动机进行加水的测试方法为：打开总进水阀、标定开关阀、所述标定水泵和总排水阀，将所述标定水泵设置为额定转速，对所述标定燃料电池发动机进行加水。

作为所述的燃料电池发动机的加水排气的测试方法的一个可选方案，根据所述标定燃料电池发动机冷却管路中歧管的体积V₁、分配歧管的体积V₂、辅件冷却管路的体积V₃、电堆冷却流道的体积V₄、所述标定燃料电池发动机进水口处的水流量L₁和所述标定燃料电池发动机排水口处的水流量L₂计算所述标定燃料电池发动机加满水所需的时间T₀，所述标定燃料电池发动机加满水所需的时间T₀的计算公式为：

作为所述的燃料电池发动机的加水排气的测试方法的一个可选方案，所述标定水泵的设定转速变化规律为：N₀-2N₀-N₀-2.5N₀-N₀-N_额-N₀-2.5N₀-N₀-2N₀，其中，N₀为所述标定水泵的最小转速，N_额为所述标定水泵的额定转速。

一种燃料电池发动机的加水排气的测试装置，采用如以上任一方案所述的燃料电池发动机的加水排气的测试方法，包括总进水口、标定水泵和总排水口，在所述总进水口和所述总排水口之间设置有多个并联支路，每个所述并联支路中均设置有所述燃料电池发动机，其中一条并联支路中的所述燃料电池发动机为所述标定燃料电池发动机，通过所述标定水泵控制所述标定燃料电池发动机所在的所述并联支路中的水的流速。

作为所述燃料电池发动机的加水排气的测试装置的一个可选方案，每个所述燃料电池发动机所在的所述并联支路中均对应设置一个水泵，所述标定水泵设置于所述标定燃料电池发动机所在的所述并联支路中。

作为所述燃料电池发动机的加水排气的测试装置的一个可选方案，所述水泵设置于所述燃料电池发动机的进水口和所述燃料电池发动机的出水口之间，所述标定水泵设置于所述标定燃料电池发动机的进水口和所述标定燃料电池发动机的出水口之间。

作为所述燃料电池发动机的加水排气的测试装置的一个可选方案，所述总排水口之前设置有总排水阀，每个所述并联支路中均设置有开关阀，所述标定燃料电池发动机所在的所述并联支路中设置有标定开关阀。

作为所述燃料电池发动机的加水排气的测试装置的一个可选方案，所述标定燃料电池发动机的进水口设置有进水流量计，用于检测所述标定燃料电池发动机的进水流量；所述标定燃料电池发动机的排水口设置有排水流量计，用于检测所述标定燃料电池发动机的排水流量。

作为所述燃料电池发动机的加水排气的测试装置的一个可选方案，每个所述燃料电池发动机的排水口处均设置有单向阀。

本发明的有益效果：

本发明提供的燃料电池发动机加水排气的测试方法，通过将多个燃料电池发动机并联设置，先将其中一个燃料电池发动机作为标定燃料电池发动机，对标定燃料电池发动机进行加水排气，计算标定燃料电池发动机加满水所需的时间T₀，并获得完成排气所需的循环次数X₀，然后根据标定燃料电池发动机加满水所需的时间T₀和完成排气所需循环次数X₀，依次对其余非标定的燃料电池发动机进行加水排气，提高了多个燃料电池发动机联调的工作效率。

本发明提供的燃料电池发动机加水排气的测试装置，应用上述的燃料电池发动机加水排气的测试方法，通过对标定燃料电池发动机加满水所需的时间进行计算和完成排气所需的循环次数进行获取，然后根据标定燃料电池发动机加满水所需的时间和完成排气所需的循环次数，依次对其余并联支路上的燃料电池发动机进行加水排气，提高了加水排气的工作效率。

附图说明

图1是本发明实施例一提供的燃料电池发动机的加水排气的测试装置的工作原理图；

图2是本发明实施例二提供的燃料电池发动机的加水排气的测试方法流程图；

图3是本发明实施例二提供的标定燃料电池发动机在排气过程中标定水泵的转速与时间之间对应变化的示意图。

图中：

1、总进水口；2、总排水阀；3、总排水口；4、标定开关阀；5、进水流量计；6、标定燃料电池发动机的进水口；7、标定燃料电池发动机的排水口；8、标定水泵；9、排水流量计；10、标定单向阀；11、第一开关阀；12、第一燃料电池发动机的进水口；13、第一燃料电池发动机的排水口；14、第一水泵；15、第一单向阀。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，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，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“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，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”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。其中，术语“第一位置”和“第二位置”为两个不同的位置。

除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“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；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，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

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”可以包括第一特征和第二特征直接接触，也可以包括第一特征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。

下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。

燃料电池发动机作为车辆的动力源，根据车辆的应用场景不同，车辆所需的动力源的功率也不同。对于动力源的功率要求较高的车辆，往往需要多个燃料电池发动机共同提供动力。燃料电池发动机在装车之前，需要将多个燃料电池发动机进行联合调试和运行。

实施例一

如图1所示，本实施例提供了一种燃料电池发动机的加水排气的测试装置，包括总进水口1、标定水泵8和总排水口3，在总进水口1和总排水口3之间设置有多个并联支路，每个并联支路中均设置有燃料电池发动机，其中一条并联支路中的燃料电池发动机为标定燃料电池发动机，通过标定水泵8控制标定燃料电池发动机所在的并联支路中的水的流速。

在对多个并联支路上的多个燃料电池发动机进行联合调试的过程中，先将其中一个并联支路上的燃料电池发动机作为标定燃料电池发动机，对标定燃料电池发动机进行加水排气，并对标定燃料电池发动机加满水所需的时间进行计算和完成排气所需的循环次数进行获取。然后根据标定燃料电池发动机加满水所需的时间和完成排气所需的循环次数，依次对其余并联支路上的燃料电池发动机进行加水排气，提高了加水排气的工作效率。

在对标定燃料电池发动机加水的过程中，将总进水口1与标定燃料电池发动机所在的并联支路连通，仅对标定燃料电池发动机加水，标定燃料电池发动机包括标定燃料电池发动机的进水口6和标定燃料电池发动机的排水口7，通过标定水泵8对进入标定燃料电池发动机内的水的流速进行控制，在对标定燃料电池发动机加水的过程中，标定水泵8的转速为额定转速，保持进入标定燃料电池发动机的水的流速恒定。根据标定燃料电池发动机加满水所需的时间和完成排气所需的循环次数，依次对其余并联支路上的燃料电池发动机进行加水排气，进入每个燃料电池发动机内的水的流速也恒定。

作为燃料电池发动机的加水排气的测试装置的一个可选方案，每个燃料电池发动机所在的并联支路中均对应设置一个水泵，标定水泵8设置于标定燃料电池发动机所在的并联支路中。

通过在每个并联支路上均设置一个水泵，实现每个燃料电池发动机在加水过程中的水的流速的单独控制，标定水泵8设置于标定燃料电池发动机所在的并联支路中，仅对进入标定燃料电池发动机中的水的流速进行控制。而且，在对燃料电池发动机进行排气的过程中，通过控制水泵按照设定转速变化规律进行排气，提高排气的速率，根据设定转速变化规律循环多次，通过观察冷却管路中是否存在气泡，直到无气泡存在，排气完成。

在本实施例中，冷却管路均为透明管，调试人员通过肉眼观察冷却管路中是否还存在气泡。

当然，在其他实施例中，也可以仅设置一个水泵，将该水泵设置在总进水口1与多个并联支路之间，使得一个水泵能够分别控制进入多个燃料电池发动机中的水的流速。

作为燃料电池发动机的加水排气的测试装置的一个可选方案，水泵设置于燃料电池发动机的进水口和燃料电池发动机的排水口之间，标定水泵8设置于标定燃料电池发动机的进水口6和标定燃料电池发动机的排水口7之间。

水泵为燃料电池发动机内部自带的水泵，燃料电池发动机在正常运行过程中通过水泵调节供给水的流量，用于燃料电池发动机内冷却管路的热管理。

作为燃料电池发动机的加水排气的测试装置的一个可选方案，总排水口3之前设置有总排水阀2，每个并联支路中均设置有开关阀，标定燃料电池发动机所在的并联支路中设置有标定开关阀4。

在燃料电池发动机的加水排气过程中，总排水阀2打开，先打开标定开关阀4，对标定燃料电池发动机进行加水排气，然后依次打开其余并联支路中的开关阀，依次对其余并联支路中的燃料电池发动机进行加水排气，使得多个燃料电池发动机内的冷却管路中均无气泡存在。当多个燃料电池发动机内的气泡均排出后，将总排水阀2关闭，通过总进水口1对多个燃料电池发动机的冷却管路进行补水。

作为燃料电池发动机的加水排气的测试装置的一个可选方案，标定燃料电池发动机的进水口6设置有进水流量计5，用于检测标定燃料电池发动机的进水流量；标定燃料电池发动机的排水口7设置有排水流量计9，用于检测标定燃料电池发动机的排水流量。

燃料电池发动机容纳水的管路包括冷却管路中歧管、分配歧管、辅件冷却管路和电堆冷却流道，当燃料电池发动机容纳水的管路中都充满水时，视为燃料电池发动机充满水。冷却管路中歧管的体积V₁、分配歧管的体积V₂、辅件冷却管路的体积V₃和电堆冷却流道的体积V₄之和为燃料电池发动机充满水后的总体积V_总，标定燃料电池发动机加满水所需的时间T₀的计算公式为：

因多个燃料电池发动机重叠或并排摆放，注入的水会习惯性的流向一台位置相对较低的燃料电池发动机，会导致加水排气过程中仅对一个燃料电池发动机进行持续性的注水，不仅不能完成对多个燃料电池发动机的注水，而且会出现水的回流，回流的水会经过另一个燃料电池发动机的排水口倒灌至电堆中，影响燃料电池发动机联调过程中的排气过程。

作为燃料电池发动机的加水排气测试装置的一个可选方案，每个燃料电池发动机的排水口处均设置有单向阀。通过在每个燃料电池发动机的排水口处均设置有单向阀，能够避免在其中一个并联支路中的燃料电池发动机进行加水排气的过程中，水倒灌入其他并联支路中的燃料电池发动机的排水口，影响加水排气的过程，甚至对燃料电池发动机造成损坏。

示例性地，如图1所示，燃料电池发动机的加水排气测试装置对两个燃料电池发动机的加水排气进行联合调试，包括总进水口1、两个并联支路、总排水阀2和总排水口3，两个并列支路设置在总进水口1和总排水口3之间，分别为标定并联支路和第一并联支路，总排水阀2设置于总排水口3之前，用于控制是否排水。在标定并联支路上依次设置有标定开关阀4和标定燃料电池发动机，在标定燃料电池发动机的进水口6设置有进水流量计5，在标定燃料电池发动机的排水口7设置有排水流量计9和标定单向阀10。第一并联支路上依次设置有第一开关阀11和第一燃料电池发动机，第一燃料电池发动机的进水口12和第一燃料电池发动机的排水口13之间设置有第一水泵14，在第一燃料电池发动机的排水口13设置有第一单向阀15。

当然，在其他实施例中，如果有三个燃料电池发动机，其中一个为标定燃料电池发动机，另外两个分别为第一燃料电池发动机和第二燃料电池发动机，第二燃料电池发动机设置在第二并联支路上，第二燃料电池发动机内设置有第二水泵，在第二燃料电池发动机的排水口设置有第二单向阀。以此设置，可以为更多数量的燃料电池发动机进行联合调试。

实施例二

如图2所示，本实施例提供了一种燃料电池发动机的加水排气的测试方法，用于对多个并联设置的燃料电池发动机进行加水排气，多个燃料电池发动机中，其中一个为标定燃料电池发动机，燃料电池发动机的加水排气的测试方法包括以下步骤：

S10、先对标定燃料电池发动机进行加水，并计算标定燃料电池发动机在标定水泵8的转速为额定转速时加满水所需的时间T₀。

具体地，对标定燃料电池发动机进行加水的测试方法为：打开标定开关阀4、标定水泵8和总排水阀2，将标定水泵8设置为额定转速，对标定燃料电池发动机进行加水。

将标定开关阀4打开，第一开关阀11关闭，自总进水口1对标定燃料电池发动机进行加水，水经进水流量计5进入标定燃料电池发动机的进水口6，进水流量计5能够对标定燃料电池发动机的进水口6的流量进行检测，通过标定燃料电池发动机内的标定水泵8控制水的流速，将标定水泵8的转速设置为额定转速，使得进水的流速恒定，进入标定燃料电池发动机的水依次进入冷却管路中歧管、分配歧管、辅件冷却管路和电堆冷却流道后，经标定燃料电池发动机的排水口7排出，排水流量计9用于检测排水流量，然后经总排水阀2进入总排水口3排出，在此过程中，第一燃料电池发动机的排水口13处的第一单向阀15能够避免经标定燃料电池发动机的排水口7流出的水进入第一燃料电池发动机，以免影响标定燃料电池发动机的加水排气，同时避免损坏第一燃料电池发动机。

计算标定燃料电池发动机加满水所需的时间T₀的具体计算方法为：根据标定燃料电池发动机冷却管路中歧管的体积V₁、分配歧管的体积V₂、辅件冷却管路的体积V₃、电堆冷却流道的体积V₄、标定燃料电池发动机进水口处的水流量L₁和标定燃料电池发动机排水口处的水流量L₂计算标定燃料电池发动机加满水所需的时间T₀，标定燃料电池发动机加满水所需的时间T₀的计算公式为：

根据上述计算公式计算出标定燃料电池发动机加满水所需的时间T₀。

S20、对加满水的标定燃料电池发动机冷却管路中的气泡进行排气，标定水泵8以设定转速变化规律进行循环，并获取完成排气所需的循环次数X₀。

如图3所示，标定水泵8的设定转速变化规律为：N₀-2N₀-N₀-2.5N₀-N₀-N_额-N₀-2.5N₀-N₀-2N₀，其中，N₀为标定水泵8的最小转速，N_额为标定水泵8的额定转速。

在开始排气时，将标定水泵8的转速设置为最小转速，在时间为T₁/2时，转速调整为最小转速的2倍，持续到时间T₁，将转速调整为最小转速，在时间T₁～T₂时，转速由最小转速调整为2.5倍的最小转速再返回至最小转速，在时间T₂～T₃时,转速由最小转速调整为额定转速再返回至最小转速，在时间T₃～T₄时,转速由最小转速调整为2.5倍的最小转速再返回至最小转速，在时间T₄～T₅时,转速由最小转速调整为2倍的最小转速再返回至最小转速；在时间0～T₅之间为一次循环，经过X₀次循环后，调试人员通过肉眼观察冷却管路中是否还存在气泡，若无气泡存在，则完成排气过程，其余燃料电池发动机按照循环次数X₀进行排气；若有气泡存在，则继续循环。

根据标定水泵8转速变化的方形波进行排气，能够提高排气的速率。

S30、根据标定燃料电池发动机加满水所需的时间T₀和完成排气所需循环次数X₀，依次对其余多个非标定的燃料电池发动机进行加水排气。

获得标定燃料电池发动机加满水所需的时间T₀和完成排气所需循环次数X₀后，按照标定燃料电池发动机加满水所需的时间T₀对第一燃料电池发动机进行加水，然后再按照循环次数X₀对第一燃料电池发动机进行排气，完成排气后，操作人员可通过肉眼观察第一燃料电池发动机的冷却管路中是否存在气泡，若是，则返回控制第一水泵14按照设定转速变化规律继续进行排气，直至第一燃料电池发动机的冷却管路中无气泡存在。

如果对两个以上的燃料电池发动机进行联合调试，当第一燃料电池发动机完成排气后，再检查是否有未排气的燃料电池发动机，若是，则返回继续对其他燃料电池发动机进行加水排气，直至完成所有燃料电池发动机的加水排气。

以上内容仅为本发明的较佳实施例，对于本领域的普通技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

1.一种燃料电池发动机的加水排气的测试方法，用于对多个并联设置的所述燃料电池发动机进行加水排气，多个所述燃料电池发动机中，其中一个为标定燃料电池发动机，其特征在于，包括以下步骤：

先对所述标定燃料电池发动机进行加水，并计算所述标定燃料电池发动机在标定水泵(8)的转速为额定转速时加满水所需的时间T₀；

对加满水的所述标定燃料电池发动机冷却管路中的气泡进行排气，所述标定水泵(8)以设定转速变化规律进行循环，并获取完成排气所需的循环次数X₀；

根据所述标定燃料电池发动机加满水所需的时间T₀和完成排气所需循环次数X₀，依次对其余多个非标定的所述燃料电池发动机进行加水排气。

2.根据权利要求1所述的燃料电池发动机的加水排气的测试方法，其特征在于，对所述标定燃料电池发动机进行加水的测试方法为：打开总进水阀、标定开关阀(4)、所述标定水泵(8)和总排水阀(2)，将所述标定水泵(8)设置为额定转速，对所述标定燃料电池发动机进行加水。

3.根据权利要求2所述的燃料电池发动机的加水排气的测试方法，其特征在于，根据所述标定燃料电池发动机冷却管路中歧管的体积V₁、分配歧管的体积V₂、辅件冷却管路的体积V₃、电堆冷却流道的体积V₄、所述标定燃料电池发动机进水口处的水流量L₁和所述标定燃料电池发动机排水口处的水流量L₂计算所述标定燃料电池发动机加满水所需的时间T₀，所述标定燃料电池发动机加满水所需的时间T₀的计算公式为：

4.根据权利要求1所述的燃料电池发动机的加水排气的测试方法，其特征在于，所述标定水泵(8)的设定转速变化规律为：N₀-2N₀-N₀-2.5N₀-N₀-N_额-N₀-2.5N₀-N₀-2N₀，其中，N₀为所述标定水泵(8)的最小转速，N_额为所述标定水泵(8)的额定转速。

5.一种燃料电池发动机的加水排气的测试装置，其特征在于，采用如权利要求1-4任一项所述的燃料电池发动机的加水排气的测试方法，包括总进水口(1)、标定水泵(8)和总排水口(3)，在所述总进水口(1)和所述总排水口(3)之间设置有多个并联支路，每个所述并联支路中均设置有所述燃料电池发动机，其中一条并联支路中的所述燃料电池发动机为所述标定燃料电池发动机，通过所述标定水泵(8)控制所述标定燃料电池发动机所在的所述并联支路中的水的流速。

6.根据权利要求5所述的燃料电池发动机的加水排气的测试装置，其特征在于，每个所述燃料电池发动机所在的所述并联支路中均对应设置一个水泵，所述标定水泵(8)设置于所述标定燃料电池发动机所在的所述并联支路中。

7.根据权利要求6所述的燃料电池发动机的加水排气的测试装置，其特征在于，所述水泵设置于所述燃料电池发动机的进水口和所述燃料电池发动机的排水口之间，所述标定水泵(8)设置于所述标定燃料电池发动机的进水口(6)和所述标定燃料电池发动机的排水口(7)之间。

8.根据权利要求5所述的燃料电池发动机的加水排气的测试装置，其特征在于，所述总排水口(3)之前设置有总排水阀(2)，每个所述并联支路中均设置有开关阀，所述标定燃料电池发动机所在的所述并联支路中设置有标定开关阀(4)。

9.根据权利要求5所述的燃料电池发动机的加水排气的测试装置，其特征在于，所述标定燃料电池发动机的进水口(6)设置有进水流量计(5)，用于检测所述标定燃料电池发动机的进水流量；所述标定燃料电池发动机的排水口(7)设置有排水流量计(9)，用于检测所述标定燃料电池发动机的排水流量。

10.根据权利要求5所述的燃料电池发动机的加水排气的测试装置，其特征在于，每个所述燃料电池发动机的排水口处均设置有单向阀。

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