CN115084588A - 一种多功能分体式燃料电池测试系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种多功能分体式燃料电池测试系统，涉及燃料电池技术领域；为了解决更换测试电堆困难等问题；具体包括设置于测试台架上的测试燃料电池、燃料供给单元、空气供给单元和冷却单元，所述测试燃料电池与测试台架为可拆卸连接，测试燃料电池与燃料供给单元、空气供给单元、冷却单元的连接支路为喉箍连接；所述燃料供给单元与测试燃料电池的阳极相连接，空气供给单元与测试燃料电池的阴极相连接；所述空气供给单元包括空气过滤器、空气质量流量计。本发明便于移动和拆卸，减小了系统的体积和集成度，有利于实验室测试时及时维护各零部件，提高测试效率的目的，整体测试台架布局、线束简洁，且方便更换待测试的电堆和零部件。

Description

一种多功能分体式燃料电池测试系统
技术领域
本发明涉及燃料电池技术领域，尤其涉及一种多功能分体式燃料电池测试系统。
背景技术
质子交换膜燃料电池是一种通过化学反应将燃料和氧化剂的化学能直接转化成电能的装置。由于其噪音低、能量转换效率高、污染零排放、室温条件下启动速度快等优点，在备用电源、汽车、船舶、航海等领域具有广阔的应用前景。燃料电池测试设备是燃料电池研发、生产制造中必不可少的装备，不仅对燃料电池系统的研发阶段十分重要，即使是在其投入使用之后对于维持电池的正常工作也是不可或缺的，强大的测试能力能够提供对燃料电池可靠的监控。
为了满足日益商业化的燃料电池需求，对燃料电池测试设备提出了更高的需求。现有技术中，燃料电池测试系统存在以下问题：1)一种类型的燃料电池测试设备只能测试电堆在理想条件下的性能，无法真正的模拟车用燃料电池环境；2)直接用车用燃料电池系统对燃料电池进行测试，其集成度高，更换测试电堆困难，且测试功能单一。因此，我们提出了一种多功能的分体式燃料电池测试系统。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有技术中存在的缺点，而提出的一种多功能分体式燃料电池测试系统。
为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：
一种多功能分体式燃料电池测试系统，包括设置于测试台架上的测试燃料电池、燃料供给单元、空气供给单元和冷却单元，所述测试燃料电池与测试台架为可拆卸连接，测试燃料电池与燃料供给单元、空气供给单元、冷却单元的连接支路为喉箍连接；
所述燃料供给单元与测试燃料电池的阳极相连接，空气供给单元与测试燃料电池的阴极相连接。
优选地：所述空气供给单元包括空气过滤器、空气质量流量计、空气压缩机和中冷器。
优选地：所述冷却单元包括分开设置的主回路散热模块和辅助回路散热模块。
优选地：所述辅助回路散热模块包括升压DCDC、空压机及其控制器、氢气循环泵；
所述升压DCDC可拆卸安装于测试台架的顶部外壁；
所述升压DCDC和测试燃料电池通过高压负载线连接；
所述升压DCDC的散热回路与空压机、氢气循环泵串联。
优选地：所述主回路散热模块包括电堆、中冷器；
所述中冷器的冷却管路与主回路散热模块并联。
优选地：所述中冷器的出口端设置有四通阀，四通阀包括四通阀a口、四通阀b口、四通阀c口和四通阀d口；
所述四通阀a口与中冷器的输出端相连通；
所述四通阀b口固定连接有加湿器；
所述四通阀c口与加湿器的输出端相连通，加湿器的输出端外壁设置有旁通电磁阀A；
所述四通阀d口固定连接有尾排混合器，且尾排混合器的输入端外壁设置有旁通电磁阀B。
优选地：所述测试台架的顶部外壁设置有闭环辅助冷却循环单元，闭环辅助冷却循环单元包括膨胀水箱、水泵。
优选地：所述中冷器的冷却液输入口通过导管与水泵的输出口相连接，中冷器的冷却液输出口通过导管连接有节温器。
本发明的有益效果为：
1.本发明测试燃料电池与测试台架之间通过螺栓固定，升压DCDC可拆卸安装于测试台架上，测试燃料电池与燃料供给单元、空气供给单元、冷却单元通过喉箍连接，用以实现快捷更换测试燃料电池，便于移动和拆卸，减小了系统的体积和集成度，有利于实验室测试时及时维护各零部件，提高测试效率的目的，整体测试台架布局、线束简洁，且方便更换待测试的电堆和零部件，以实现对DCDC等关键零部件的测试。
2.本发明氢气由燃料供给单元进入测试燃料电池的阳极，空气经空气供给单元进入测试燃料电池的阴极，通过设置冷却单元，可以将测试燃料电池的温度保持在其额定工作温度范围，工况完全模拟车用燃料电池系统工作工况，可以让实验数据更加接近实际应用。
3.本发明分开设置的主回路散热模块和辅助回路散热模块，可以有效减少主冷却回路的流阻，更容易控制电堆进出口的温差，保证空气进堆温度和电堆工作温度相接近，有利于维持空气温度和电堆工作温度有一个合适的温差范围，且适用于低温冷启动实验。
4.本发明空气由空气供给单元进入进入四通阀，不仅能够实现对不同零部件的测试，对被测燃料电池进行快速更换，还能对尾排混合器进行吹扫以降低氢气浓度，对阴极空气进行湿度和流量调节，从而提高测试效率和测试精度，且大大降低测试成本。
5.本发明通过设置闭环辅助冷却循环单元，可以减小主冷却回路的流阻，增大主回路冷却流量，有利于控制电堆进出口温差在要求的范围内，以适应不同电堆和零部件的测试。
附图说明
图1为本发明提出的一种多功能分体式燃料电池测试系统的框架原理示意图；
图2为本发明提出的一种多功能分体式燃料电池测试系统的闭环辅助冷却循环单元原理示意图。
图中：1测试燃料电池、2燃料供给单元、3空气供给单元、4冷却单元、5空气过滤器、6空气质量流量计、7空气压缩机、8中冷器、9加湿器、10测试台架、11尾排混合器、12膨胀水箱、13水泵。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本专利的技术方案作进一步详细地说明。
下面详细描述本专利的实施例，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，仅用于解释本专利，而不能理解为对本专利的限制。
在本专利的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“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专利和简化描述，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专利的限制。
在本专利的描述中，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”、“设置”应做广义理解，例如，可以是固定相连、设置，也可以是可拆卸连接、设置，或一体地连接、设置。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专利中的具体含义。
实施例1：
一种多功能分体式燃料电池测试系统，为了降低燃料电池测试设备的复杂程度；如图1所示，包括设置于测试台架10上的测试燃料电池1、燃料供给单元2、空气供给单元3和冷却单元4，通过设置冷却单元4，可以将测试燃料电池1的温度保持在其额定工作温度范围。
所述测试燃料电池1与测试台架10之间通过螺栓固定，与燃料供给单元2、空气供给单元3、冷却单元4通过喉箍连接；用以实现快捷更换测试燃料电池1，提高测试效率的目的，提升测试的精确性。
所述燃料供给单元2为氢气供应，燃料供给单元2与测试燃料电池1的阳极相连接，空气供给单元3与测试燃料电池1的阴极相连接；氢气由燃料供给单元2进入测试燃料电池1的阳极，空气经空气供给单元3进入测试燃料电池1的阴极。
所述空气供给单元3包括空气过滤器5、空气质量流量计6、空气压缩机7和中冷器8；空气由空气过滤器5进入空气质量流量计6，经空气压缩机7增压。
所述冷却单元4包括分开设置的主回路散热模块和辅助回路散热模块；可以有效减少主冷却回路的流阻，更容易控制电堆进出口的温差。
进一步的，所述辅助回路散热模块包括升压DCDC、空压机及其控制器、氢气循环泵等发热较大的零部件；以保证主要发热零部件在合适的工作温度下运转。
优选的，所述升压DCDC可拆卸安装于测试台架10的顶部外壁，便于移动和拆卸，减小了系统的体积和集成度，有利于实验室测试时及时维护各零部件；所述升压DCDC和测试燃料电池1通过高压负载线连接；所述升压DCDC的散热回路与空压机、氢气循环泵串联，共用一套独立的闭环辅助回路散热体系。
进一步的，所述主回路散热模块包括电堆、中冷器8，中冷器8的冷却管路与主回路散热模块并联；以保证空气进堆温度和电堆工作温度相接近，有利于维持空气温度和电堆工作温度有一个合适的温差范围。
所述中冷器8的出口端设置有四通阀，四通阀包括四通阀a口、四通阀b口、四通阀c口和四通阀d口，以适应吹扫和减湿的工况；
其中，四通阀a口与中冷器8的输出端相连通；所述四通阀b口与加湿器9的输入端相连通，用以控制加湿器短路，使得气体直接进入电堆；所述四通阀c口与加湿器9的输出端相连通，加湿器9的输出端外壁设置有用于控制气体流通量的旁通电磁阀A；所述四通阀d口与尾排混合器11的输入端相连通，且尾排混合器11的输入端外壁设置有用于控制气体流通量的旁通电磁阀B；通过设置尾排混合器11和加湿器9，能够实现吹扫和湿度控制功能。
本实施例在使用时，在测试台架10上进行DCDC测试功能，实现更换DCDC和增减DCDC数量，可在同一套台架上测试不同DCDC性能，更换DCDC操作简单，操作时只需更换电堆即可完成对不同电堆的测试，可以较容易的改变DCDC数量，也适用于双堆并联的燃料电池系统；
测试期间，空气由空气过滤器5进入空气质量流量计6，经空气压缩机7增压后，进入中冷器8内进行冷却，经中冷器8冷却后的空气进入四通阀，经四通阀b口进入加湿器9内增湿，最后进入测试燃料电池1，不仅能够实现对不同零部件的测试，对被测燃料电池进行快速更换，还能对尾排混合器11进行吹扫以降低氢气浓度，对阴极空气进行湿度和流量调节，从而提高测试效率和测试精度，且大大降低测试成本。
实施例2：
一种多功能分体式燃料电池测试系统，如图1-2所示，为了减小主冷却回路的流阻面积；本实施例在实施例1的基础上作出以下改进：所述测试台架10的顶部外壁固定有膨胀水箱12、水泵13等散热附件，形成一套独立的闭环辅助冷却循环单元，以适应不同电堆和零部件的测试。可以减小主冷却回路的流阻，增大主回路冷却流量，有利于控制电堆进出口温差在要求的范围内。
所述中冷器8的冷却液输入口通过导管与水泵13的输出口相连接，中冷器8的冷却液输出口通过导管连接有节温器的输入口；中冷器8散热时，从水泵13的输出口进水，回到电动三通阀的前端，可以保证中冷器8的温度受电动三通阀的控制，不会旁通大循环，使大循环始终有流量，导致冷启动时升温缓慢。
本实施例在使用时，在测试台架10上进行DCDC测试功能，实现更换DCDC和增减DCDC数量，可在同一套台架上测试不同DCDC性能，更换DCDC操作简单，操作时只需更换电堆即可完成对不同电堆的测试，可以较容易的改变DCDC数量，也适用于双堆并联的燃料电池系统；
测试期间，空气由空气过滤器5进入空气质量流量计6，经空气压缩机7增压后，进入中冷器8内进行冷却，经中冷器8冷却后的空气进入四通阀，经四通阀b口进入加湿器9内增湿，最后进入测试燃料电池1，对阴极空气进行湿度和流量调节，从而提高测试效率和测试精度，且大大降低测试成本。
通过设置闭环辅助冷却循环单元，可以减小主冷却回路的流阻，增大主回路冷却流量，有利于控制电堆进出口温差在要求的范围内，以适应不同电堆和零部件的测试。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种多功能分体式燃料电池测试系统，包括设置于测试台架(10)上的测试燃料电池(1)、燃料供给单元(2)、空气供给单元(3)和冷却单元(4)，其特征在于，所述测试燃料电池(1)与测试台架(10)为可拆卸连接，测试燃料电池(1)与燃料供给单元(2)、空气供给单元(3)、冷却单元(4)的连接支路为喉箍连接；
所述燃料供给单元(2)与测试燃料电池(1)的阳极相连接，空气供给单元(3)与测试燃料电池(1)的阴极相连接。
2.根据权利要求1所述的一种多功能分体式燃料电池测试系统，其特征在于，所述空气供给单元(3)包括空气过滤器(5)、空气质量流量计(6)、空气压缩机(7)和中冷器(8)。
3.根据权利要求1所述的一种多功能分体式燃料电池测试系统，其特征在于，所述冷却单元(4)包括分开设置的主回路散热模块和辅助回路散热模块。
4.根据权利要求3所述的一种多功能分体式燃料电池测试系统，其特征在于，所述辅助回路散热模块包括升压DCDC、空压机及其控制器、氢气循环泵；
所述升压DCDC可拆卸安装于测试台架(10)的顶部外壁；
所述升压DCDC和测试燃料电池(1)通过高压负载线连接；
所述升压DCDC的散热回路与空压机、氢气循环泵串联。
5.根据权利要求4所述的一种多功能分体式燃料电池测试系统，其特征在于，所述主回路散热模块包括电堆、中冷器(8)；
所述中冷器(8)的冷却管路与主回路散热模块并联。
6.根据权利要求5所述的一种多功能分体式燃料电池测试系统，其特征在于，所述中冷器(8)的出口端设置有四通阀，四通阀包括四通阀a口、四通阀b口、四通阀c口和四通阀d口；
所述四通阀a口与中冷器(8)的输出端相连通；
所述四通阀b口固定连接有加湿器(9)；
所述四通阀c口与加湿器(9)的输出端相连通，加湿器(9)的输出端外壁设置有旁通电磁阀A；
所述四通阀d口固定连接有尾排混合器(11)，且尾排混合器(11)的输入端外壁设置有旁通电磁阀B。
7.根据权利要求3所述的一种多功能分体式燃料电池测试系统，其特征在于，所述测试台架(10)的顶部外壁设置有闭环辅助冷却循环单元，闭环辅助冷却循环单元包括膨胀水箱(12)、水泵(13)。
8.根据权利要求6所述的一种多功能分体式燃料电池测试系统，其特征在于，所述中冷器(8)的冷却液输入口通过导管与水泵(13)的输出口相连接，中冷器(8)的冷却液输出口通过导管连接有节温器。
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