CN116086851A - 一种增湿器测试系统和方法 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种增湿器测试系统和方法，属于燃料电池技术领域；该系统包括：第一气路，第一气路包括用管道依次串联连通的第一空气压缩机、第一降温换热器、加湿装置和控温控湿装置，加湿装置包括用管道依次串联连通的加湿装置本体和加湿换热器，控温控湿装置的出气口和湿气进口连通；第二气路，第二气路包括用管道依次串联连通的第二空气压缩机和第二降温换热器，第二降温换热器的出气口和干气进口连通；通过在第一气路上设置有控温控湿装置，可以实现对进入湿气入口的湿气进行湿度调节，实现多工况的模拟，更能满足目前的产品测试需求。

Description

一种增湿器测试系统和方法

技术领域

本申请涉及燃料电池技术，具体而言，涉及一种增湿器测试系统和方法。

背景技术

燃料电池是通过氢气和空气中的氧气发生电化学反应产生电能的装置，该过程不需要经过燃烧，生成物只有水和热量，对环境无污染。其中氢气和氧气发生电化学反应时，氢离子需要和水结合，穿过质子交换膜参与反应。

由于燃料电池是新兴环保行业，当前整个产业以市场为导向，燃料电池汽车即将大规模投入市场使用，其上游关键零部件需求及应用场景逐渐清晰，燃料电池发动机市场应用环境千变万化，零部件使用环境需符合甚至更严于燃料电池发动机环境，增湿性能是影响质子交换膜燃料电池系统性能极其关键的一部分，燃料电池发动机用增湿器面临巨大技术考验，需要在实际应用前对增湿器进行测试评估。

采用目前的测试台架对增湿器进行测试筛选后，将满足该测试台架筛选指标的增湿器应用于燃料电池时，燃料电池的性能却仍然没有达到预期的效果。

发明内容

发明人对搭载有符合目前测试台架筛选指标的增湿器的燃料电池性能进行了分阶段、分工况的研究，发现在冷启动、开机、关机、升载和降载等场景时，燃料电池性能的发挥尤其差。经过深入的研究发现：在这些工况下，燃料电池电堆的温度、湿度等都发生了变化。而目前的测试台架只能在常温、100%湿度下对增湿器进行筛选评价，故筛选出来的增湿器只有在该特定温度、特定湿度下和燃料电池的电堆实现较好的匹配，燃料电池才能发挥预期的性能，而在温度、湿度发生变化的工况下，由于并没有在这些温度、湿度下对增湿器的性能进行筛选，此时增湿器和燃料电池的电堆不能实现较好匹配的风险是非常高的。

因此，申请人意图发明一种能够在较多的温度、湿度条件下对增湿器进行筛选评价的测试系统，以便能够选出匹配燃料电池电堆各个工况的增湿器。

本申请实施例提供了一种增湿器测试系统，用于测试燃料电池发动机的增湿器，所述增湿器包括湿气进口、湿气出口、干气进口和干气出口，所述系统包括：

第一气路，所述第一气路包括用管道依次串联连通的第一空气压缩机、第一降温换热器、加湿装置和控温控湿装置，所述加湿装置包括用管道依次串联连通的加湿装置本体和加湿换热器，所述控温控湿装置的出气口和所述湿气进口连通，以使外部空气依次流经第一空气压缩机、降温换热器、加湿装置本体、加湿换热器和控温控湿装置后进入所述增湿器；

第二气路，所述第二气路包括用管道依次串联连通的第二空气压缩机和第二降温换热器，所述第二降温换热器的出气口和所述干气进口连通，以使外部空气依次流经第二空气压缩机和第二降温换热器后进入所述增湿器。

在上述实施过程中，外部空气进入第一空气压缩机做功升压产生大量热量，加热后的空气进入第一降温换热器进行降温后进入加湿装置本体，加湿后的空气进入加湿换热器进行精准控温并达到饱和湿气，饱和湿气进入控温控湿装置进行温度调节，实现对湿气湿度的精准控制，最终，经过湿度控制的湿气流入增湿器的湿气进口。与此同时，外部空气进入第二空气压缩机做功升压产生大量热量，加热后的空气进入第二降温换热器进行降温并精准控温，经过精准控温后的空气流入增湿器的干气进口。该增湿器测试系统通过对燃料电池发动机运行时阴极子系统管道内的干、湿气源进行模拟，通过监测增湿器干侧和湿侧出口的温度、压力、湿度数据，判断增湿器是否能满足燃料电池发动机系统的应用场景，实现对增湿器的有效测试，特别的是，在第一气路上设置有控温控湿装置，可以实现对进入湿气入口的湿气进行湿度调节，实现多工况的模拟，更能满足目前的产品测试需求。通过本申请提供的增湿器测试系统测试出来的增湿器，在多个温度和多个湿度条件下均有较好的增湿性能，因此，在该增湿器与燃料电池进行匹配时，能适应燃料电池电堆的各个工况，始终起到较好的增湿效果，以便燃料电池发挥较佳的性能。

作为一种可选的实施方式，所述控温控湿装置包括气体加热器，以对气体进行升温来降低湿度。

在上述实施过程中，饱和湿气进入控温控湿装置后，可根据实际需要启动控温控湿装置对饱和湿气进行升温，实现相对湿度的降低，进而实现多工况的模拟。

作为一种可选的实施方式，所述加湿装置本体包括喷淋加湿罐和加热装置，所述加热装置的出水口通过增压单元和所述喷淋加湿罐的喷淋头连通，用以向所述喷淋加湿罐供水，所述加热装置的入水口分别连通补水单元和所述喷淋加湿罐的出水口。

在上述实施过程中，加湿装置本体采用喷淋的方式实现对空气的加湿，在达到较好的加湿效果的前提下，可以兼顾设备的体积控制和保证装置的使用寿命。

作为一种可选的实施方式，所述第一气路包括切换支路，所述切换支路和所述加湿装置并联连接，以实现所述湿气进口交替进入干气和湿气。

在上述实施过程中，通过切换支路的设置，可以实现湿气进口交替进入干气和湿气，进而实现模拟加湿器启停的目的，使得本系统可以同时实现对加湿器耐久性能的测试。

作为一种可选的实施方式，所述系统还包括热泵和第一热回收循环管路，所述第一热回收循环管路和所述热泵的冷侧连通，所述热泵的热侧和所述加湿装置本体连通，所述第一热回收循环管路包括用管道循环连通的水箱、第一热回收换热器和第二热回收换热器，所述第一热回收换热器的入气口连通所述湿气出口，所述第二热回收换热器的入气口连通所述干气出口，以回收所述增湿器排出气体的热量。

在上述实施过程中，增湿器排出的空气为高温高湿，富含丰富的高品质的热源，通过热泵的设置，仅需消耗少量的电能即可回收利用。

作为一种可选的实施方式，所述系统还包括第一分水器，所述第一分水器设于所述加湿换热器和所述控温控湿装置之间，所述第一分水器的出水口连通所述加湿装置本体；和/或

所述系统还包括第二分水器，所述第二分水器的入气口连通所述第一热回收换热器的出气口，所述第二分水器的出水口连通所述加湿装置本体；和/或

所述系统还包括第三分水器，所述第三分水器的入气口连通所述第二热回收换热器的出气口，所述第三分水器的出水口连通所述加湿装置本体。

在上述实施过程中，通过在各换热器后端设置分水器，可实现液态水的回收利用。

作为一种可选的实施方式，所述第一降温换热器包括第三热回收换热器，所述第二降温换热器包括第四热回收换热器，所述系统还包括第二热回收循环管路，所述第二热回收循环管路循环连通所述加湿装置本体、第三热回收换热器和第四热回收换热器，以回收被所述第一空气压缩机和第二空气压缩机压缩后空气的热量。

在上述实施过程中，通过设置第二热回收循环管路在实现对被第一空气压缩机和第二空气压缩机加热的空气进行降温的同时，实现这部分热量的回收，有效的节约了能耗。

作为一种可选的实施方式，所述第一降温换热器包括第一冷却换热器，所述第二降温换热器包括第二冷却换热器，所述系统还包括第一冷却水循环管路，所述第一冷却水循环管路循环连通所述第一冷却换热器、第二冷却换热器和加湿换热器。

在上述实施过程中，通过设置第一冷却换热器和第二冷却换热器实现对空气的精准控温，保证了进入增湿器的空气温度。

作为一种可选的实施方式，所述系统还包括第二冷却水循环管路，所述第二冷却水循环管路循环连通所述第一空气压缩机和第二空气压缩机，用以为所述第一空气压缩机和第二空气压缩机降温。

在上述实施过程中，通过第二冷却水循环管路的设置，可以对第一空气压缩机和第二空气压缩机进行降温，以避免第一空气压缩机和第二空气压缩机发生过热导致停机。

作为一种可选的实施方式，所述第一空气压缩机和所述第二空气压缩机均为车用空压机；和/或

所述系统还包括多个背压阀，多个所述背压阀分别连通所述湿气出口和干气出口。

在上述实施过程中，通过把第一空气压缩机和第二空气压缩机配置为车用空压机，相对于目前采用的工业空压机，能够有效的降低能耗、降低空间占用和降低工作热量，进而提高经济性。

背压阀可被配置为采用大小量程组合的形式，进而实现不同的压力调节。

本申请实施例提供了一种增湿器测试方法，适用于如上所述的增湿器测试系统，所述方法包括：

预设所述增湿器的所述湿气进口的湿度目标值和温度目标值；

采用所述第一空气压缩机对第一气体进行增压，后采用所述加湿装置本体对所述第一气体进行加湿处理；采用所述加湿换热器对加湿处理后的所述第一气体进行降温，以使所述第一气体的湿度达到饱和；

采用所述控温控湿装置对降温后的所述第一气体进行升温，以使所述第一气体的湿度和温度分别达到湿度目标值和温度目标值；

采用所述第二空气压缩机对第二气体进行增压；

把升温后的所述第一气体和增压后的所述第二气体通入待测增湿器，以对待测增湿器进行测试，得到所述第一气体进入所述待测增湿器的含水率V、所述第一气体排出所述待测增湿器的含水率Y和所述第二气体进入所述待测增湿器的含水率X；

根据所述含水率V、含水率Y和含水率X，得到所述待测增湿器的水分传输效率T；

再次预设所述增湿器的所述湿气进口的湿度目标值和温度目标值，并重复进行测试，以得到多个湿度和温度下的所述待测增湿器的水分传输效率T。

作为一种可选的实施方式，所述待测增湿器的测试次数为多次。

对待测增湿器的测试次数越多，模拟增湿器的工作工况也就越多，对增湿器的性能测试就越准确。

可选的，所述待测增湿器的测试次数大于5次；可选的，所述待测增湿器的测试次数为5到8次。

发明人在发明过程中发现，在燃料电池进行匹配筛选过程中对待测增湿器测试5到8次就能较好的模拟出增湿器的各种工况，能够较好的筛选出和燃料电池相匹配的增湿器，实现高效率的筛选。需要说明的是，以上所说的5到8次的测试的预设增湿器湿气进口的湿度目标值和温度目标值是根据待匹配燃料电池的工况曲线上均匀取点得到的。

可选的，所述待测增湿器的测试次数大于10次；可选的，所述待测增湿器的测试次数为10到15次。

发明人在发明过程中发现，在增湿器的开发阶段，对待测增湿器测试10到15次就能较好的模拟出增湿器的各种工况，就能实现对增湿器性能较好的了解，实现了高效率的测试。需要说明的是，以上所说的10到15次的测试的预设增湿器湿气进口的湿度目标值和温度目标值是根据待匹配燃料电池的工况曲线上均匀取点得到的。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本申请实施例提供的系统的结构示意图；

图2为本申请实施例提供的第一气路和第二气路的结构示意图；

图3为本申请实施例提供的热泵和第一热回收循环管路的结构示意图；

图4为本申请实施例提供的第二热回收循环管路的结构示意图；

图5为本申请实施例提供的第一冷却水循环管路的结构示意图；

图6为本申请实施例提供的第二冷却水循环管路的结构示意图；

图7为本申请实施例提供的方法的流程图。

附图标记：1-第一气路，11-第一空气压缩机，12-第一降温换热器，121-第三热回收换热器，122-第一冷却换热器，13-加湿装置本体，131-喷淋加湿罐，132-加热装置，14-加湿换热器，15-控温控湿装置，16-切换支路，17-第一分水器，18-第二分水器，2-第二气路，21-第二空气压缩机，22-第二降温换热器，221-第四热回收换热器，222-第二冷却换热器，23-第三分水器，3-热泵，4-第一热回收循环管路，41-水箱，42-第一热回收换热器，43-第二热回收换热器，5-第二热回收循环管路，6-第一冷却水循环管路，7-第二冷却水循环管路，8-背压阀，90-湿度计，91-流量计，92-压力计，93-温度计，94-止回阀，95-比例阀，96-开关阀，97-泵，98-除湿机，99-空气过滤器，100-增湿器。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请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申请一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

在本申请的描述中，需要说明的是，术语“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，或者是该申请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申请和简化描述，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申请的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本申请的描述中，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，可以具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

燃料电池发动机市场应用环境千变万化，零部件使用环境需符合甚至更严于燃料电池发动机环境，增湿性能是影响质子交换膜燃料电池系统性能极其关键的一部分，燃料电池发动机用增湿器面临巨大技术考验，需要在实际应用前对增湿器进行测试评估。

采用目前的测试台架对增湿器进行测试筛选后，将满足该测试台架筛选指标的增湿器应用于燃料电池时，燃料电池的性能却仍然没有达到预期的效果。

发明人对搭载有符合目前测试台架筛选指标的增湿器的燃料电池性能进行了分阶段、分工况的研究，发现在冷启动、开机、关机、升载和降载等场景时，燃料电池性能的发挥尤其差。经过深入的研究发现：在这些工况下，燃料电池电堆的温度、湿度等都发生了变化。而目前的测试台架只能在特定温度、特定湿度下对增湿器进行筛选评价，故筛选出来的增湿器只有在该常温、100%湿度下和燃料电池的电堆实现较好的匹配，燃料电池才能发挥预期的性能，而在温度、湿度发生变化的工况下，由于并没有在这些温度、湿度下对增湿器的性能进行筛选，此时增湿器和燃料电池的电堆不能实现较好匹配的风险是非常高的。

本申请实施例提供了一种增湿器测试系统，请参阅图1，用于测试燃料电池发动机的增湿器100，所述增湿器100包括湿气进口、湿气出口、干气进口和干气出口，所述系统包括：第一气路1和第二气路2，第一气路1连通湿气进口，第二气路2连通干气进口，实现对燃料电池发动机运行时阴极子系统管道内的干、湿气源进行模拟，通过监测增湿器100干侧和湿侧出口的温度、压力、湿度数据，判断增湿器100是否能满足燃料电池发动机系统的应用场景，实现对增湿器100的有效测试。

关于第一气路1，请参阅图2，所述第一气路1包括用管道依次串联连通的第一空气压缩机11、第一降温换热器12、加湿装置和控温控湿装置15，所述加湿装置包括用管道依次串联连通的加湿装置本体13和加湿换热器14，所述控温控湿装置15的出气口和所述湿气进口连通，以使外部空气依次流经第一空气压缩机11、降温换热器、加湿装置本体13、加湿换热器14和控温控湿装置15后进入所述增湿器100。

在一些实施例中，所述控温控湿装置15包括气体加热器，以对气体进行升温来降低湿度。经过加湿装置产生的饱和湿气进入控温控湿装置15后，可根据实际需要启动控温控湿装置15对饱和湿气进行升温，实现湿度的降低，进而实现多工况的模拟。

在一些实施例中，所述加湿装置本体13包括喷淋加湿罐131和加热装置132，请参阅图2，所述加热装置132的出水口通过增压单元和所述喷淋加湿罐131的喷淋头连通，用以向所述喷淋加湿罐131供水，所述加热装置132的入水口分别连通补水单元和所述喷淋加湿罐131的出水口。增压单元可以采用泵97。采用喷淋的方式实现对空气的加湿，在达到较好的加湿效果的前提下，可以兼顾设备的体积控制和保证装置的使用寿命。

加湿装置本体13的工作过程如下：加热装置132中的水为热水，通过泵97将热水增压，然后热水进入喷淋加湿罐131内的喷淋装置，空气从喷淋加湿罐131的底部进入，从上部流出，热水和空气为对流方式，在喷淋加湿罐131顶部有除雾装置，将空气中的液态水分离。

为了更全面的测试增湿器100的性能，不仅要测试增湿器100的水分传输效率，还需要测试其耐久性，为此，在一些实施例中，请参阅图2，所述第一气路1包括切换支路16，所述切换支路16和所述加湿装置并联连接，以实现所述湿气进口交替进入干气和湿气。通过切换支路16的设置，可以实现湿气进口交替进入干气和湿气，进而实现模拟加湿器启停的目的，使得本系统可以同时实现对加湿器耐久性能的测试。

本实施例中，可以在第一气路1上设置温度计93、压力计92、湿度计90、流量计91、止回阀94、开关阀96。

在一些实施例中，还可以在第一空气压缩机11的前端设置空气过滤器99，空气过滤器99可对输入第一空气压缩机11的空气中的杂质进行过滤，这些杂质可以包括颗粒物、粉尘等。

第二气路2，请参阅图2，所述第二气路2包括用管道依次串联连通的第二空气压缩机21和第二降温换热器22，所述第二降温换热器22的出气口和所述干气进口连通，以使外部空气依次流经第二空气压缩机21和第二降温换热器22后进入所述增湿器100。

本实施例中，可以在第二气路2上设置温度计93、压力计92、流量计91、止回阀94。

在一些实施例中，系统还包括热泵3和第一热回收循环管路4，请参阅图3，所述第一热回收循环管路4和所述热泵3的冷侧连通，所述热泵3的热侧和所述加湿装置本体13连通，所述第一热回收循环管路4包括用管道循环连通的水箱41、第一热回收换热器42和第二热回收换热器43，所述第一热回收换热器42的入气口连通所述湿气出口，所述第二热回收换热器43的入气口连通所述干气出口，以回收所述增湿器100排出气体的热量。增湿器100排出的空气为高温高湿，富含丰富的高品质的热源，通过热泵3的设置，仅需消耗少量的电能即可回收利用。

热泵3的工作过程如下：通过使用水作为导热的媒介，泵97从热泵3冷测取水，冷水进入第一热回收换热器42和第二热回收换热器43，冷水被高温高湿的气体加热，此时冷水变为温水，然后温水进入水箱41，然后温水进入热泵3的冷测；温水的部分热能被转移至热泵3的热侧；由于热侧和加湿装置本体13连通，相当于温水的部分热能被转移至加湿装置本体13中的水里。

在一些实施例中，系统还包括第一分水器17、第二分水器18和第三分水器23，请参阅图2，所述第一分水器17设于所述加湿换热器14和所述控温控湿装置15之间，所述第一分水器17的出水口连通所述加湿装置本体13；第二分水器18的入气口连通所述第一热回收换热器42的出气口，所述第二分水器18的出水口连通所述加湿装置本体13；第三分水器23的入气口连通所述第二热回收换热器43的出气口，所述第三分水器23的出水口连通所述加湿装置本体13。通过在各换热器后端设置分水器，可实现液态水的回收利用。

在一些实施例中，第一降温换热器12包括第三热回收换热器121，所述第二降温换热器22包括第四热回收换热器221，所述系统还包括第二热回收循环管路5，请参阅图4，所述第二热回收循环管路5循环连通所述加湿装置本体13、第三热回收换热器121和第四热回收换热器221，以回收被所述第一空气压缩机11和第二空气压缩机21压缩后空气的热量。通过设置第二热回收循环管路5在实现对被第一空气压缩机11和第二空气压缩机21加热的空气进行降温的同时，实现这部分热量的回收，有效的节约了能耗。

在一些实施例中，第一降温换热器12包括第一冷却换热器122，所述第二降温换热器22包括第二冷却换热器222，所述系统还包括第一冷却水循环管路6，请参阅图5，所述第一冷却水循环管路6循环连通所述第一冷却换热器122、第二冷却换热器222和加湿换热器14。通过设置第一冷却换热器122和第二冷却换热器222实现对空气的精准控温，保证了进入增湿器100的空气温度。本实施例中，第一冷却水循环管路6上循环连接有比例阀95、换热器、膨胀水箱41和泵97。

为保护第一空气压缩机11和第二空气压缩机21，在一些实施例中，系统还包括第二冷却水循环管路7，请参阅图6，所述第二冷却水循环管路7循环连通所述第一空气压缩机11和第二空气压缩机21，用以为所述第一空气压缩机11和第二空气压缩机21降温。通过第二冷却水循环管路7的设置，可以对第一空气压缩机11和第二空气压缩机21进行降温，以避免第一空气压缩机11和第二空气压缩机21发生过热导致停机。本实施例中，第二冷却水循环管路7上循环连接有比例阀95、换热器、膨胀水箱41和泵97。

为降低不必要的能耗产生，在一些实施例中，第一空气压缩机11和所述第二空气压缩机21均为车用空压机；通过把第一空气压缩机11和第二空气压缩机21配置为车用空压机，相对于目前采用的工业空压机，能够有效的降低能耗、降低空间占用和降低工作热量，进而提高经济性。

在一些实施例中，多个背压阀8，多个所述背压阀8分别连通所述湿气出口和干气出口。背压阀8可被配置为采用大小量程组合的形式，进而实现不同的压力调节。

在一些实施例中，还可以在第二空气压缩机21的前端设置空气过滤器99，空气过滤器99可对输入第二空气压缩机21的空气中的杂质进行过滤，这些杂质可以包括颗粒物、粉尘等。

在一些实施例中，第二空气压缩机21的前端还可以设置除湿机98，将空气中的含水量降到4g/kg以内，露点大约0℃，保证在空气湿度变化较大的地区，一年四季空气湿度的变化不影响测试结果。

第一气路1的实现过程如下：环境空气经空气过滤器99进入第一气路1，流量计91进行空气流量测试，温度计93和压力计92进行第一空气压缩机11入口温度和压力测试，第一空气压缩机11将空气进行压缩增压，压力计92在第一空气压缩机11出口进行压力测试，根据流量计91、入口温度计93和压力计92、出口压力计92的参数，结合空压机本身的喘振曲线，对第一空气压缩机11进行安全策略保护，保证第一空气压缩机11的安全运行，第一空气压缩机11排出的空气进入第一降温换热器12的第三热回收换热器121，此时第二热回收循环管路5中的循环水通过第一降温换热器12将气体降温，并将热量带走，降温后的空气继续进入第一冷却换热器122，第一冷却水循环管路6中的循环水通过第一冷却换热器122将气体降温，冷水流量通过比例阀95控制，实现精准的出气温度控制，经过精准控温的空气有两个选择，一是进入加湿装置本体13，加热装置132处的热水被泵97增压，在加湿装置本体13内高速喷出，雾化效果明显，空气被充分加湿，湿度在90%RH，空气在加湿罐内除雾以后进入加湿换热器14，第一冷却水循环管路6中的循环冷水通过加湿换热器14将湿空气降温，将湿空气变为饱和100%RH，冷水流量通过比例阀95控制，实现精准的出气温控制，饱和的湿气进入第一分水器17，此时空气中冷凝的液态水会被分离出来，液态水被泵97抽到加湿罐中，此部分的液态水被回收利用，分离后的湿气进入控温控湿装置15，在控温控湿装置15内根据目标温度进行加热PID控制；二是不经过加湿装置本体13，直接经过切换支路16进入控温控湿装置15，在控温控湿装置15内根据目标温度进行加热PID控制，经控温控湿的空气进入被测增湿器100的湿气入口，从被测增湿器100的湿气出口流出，然后进入第一热回收换热器42，第一热回收循环管路4中的冷水通过第一热回收换热器42将气体降温，带走大量的热，空气中的气态水冷凝，经过第二分水器18时，此部分的液态水被第二分水器18分离出来，液态水被泵97抽到加湿装置本体13中，此部分的液态水被回收利用；然后空气进入背压阀8，采用大小量程组合的形式，实现不同的压力调节。

第二气路2的实现过程如下：除湿机98将空气中的含水量降到4g/kg以内，露点大约0℃，除湿后的空气进入空气过滤器99，过滤掉空气中的杂质，保证进入增湿器100测试台架的空气是干净的，流量计91进行空气流量测试，温度计93和压力计92进行第二空气压缩机21入口温度和压力测试；第二空气压缩机21将空气进行压缩增压，压力计92进行出口压力测试，根据流量计91、入口温度计93和压力计92、出口压力计92的参数，结合空压机本身的喘振曲线，对第二空气压缩机21进行安全策略保护，保证第二空气压缩机21的安全运行；第二空气压缩机21排出的空气直接进入第四热回收换热器221，稀释第二热回收循环管路5中的循环水通过第四热回收换热器221将气体降温，并将热量带走；换热后的空气进入第二冷却换热器222，第一冷却水循环管路6中的循环冷水通过第二冷却换热器222将气体降温，冷水流量通过比例阀95控制，实现精准的出气温度控制，精准控温后的空气进入被测增湿器100的干气入口，从被测增湿器100的干气出口流出，然后进入第二热回收换热器43，第一热回收循环管路4中的循环水通过第二热回收换热器43将气体降温，带走大量的热，空气中的气态水冷凝，进过第三分水器23时，此部分的液态水被第三分水器23分离出来，液态水被泵97抽到加湿罐中，此部分的液态水被回收利用；最后空气进入背压阀8，采用大小量程组合的形式，实现不同的压力调节。

该增湿器100测试系统通过对燃料电池发动机运行时阴极子系统管道内的干、湿气源进行模拟，通过监测增湿器100干侧和湿侧出口的温度、压力、湿度数据，判断增湿器100是否能满足燃料电池发动机系统的应用场景，实现对增湿器100的有效测试，特别的是，在第一气路1上设置有控温控湿装置15，可以实现对进入湿气入口的湿气进行湿度调节，实现多工况的模拟，更能满足目前的产品测试需求。采用本系统可以对增湿器100水分传输效率进行计算，具体的，在第一空气压缩机11入口设置空气流量计91，用于测量湿侧的空气流量N，单位是g/s；在被测增湿器100的湿气入口设置温度计93、压力计92和湿度计90，用于测量被测增湿器100湿侧入口的温度B、压力O、湿度C，温度的单位是℃，压力的单位是kpa(A)，湿度的单位是%；在被测增湿器100的湿气出口设置温度计93、压力计92和湿度计90，用于测量被测增湿器100湿侧出口的温度E、压力P、湿度F，温度的单位是℃，压力的单位是kpa(A)，湿度的单位是%；在第二空气压缩机21的入口设置空气流量计91，用于测量干侧的空气流量Q，单位是g/s；在被测增湿器100的干气入口设置温度计93、压力计92和湿度计90，用于测量被测增湿器100干侧入口的温度H、压力R、湿度I，温度的单位是℃，压力的单位是kpa(A)，湿度的单位是%；在被测增湿器100的干气出口设置温度计93、压力计92和湿度计90，用于测量被测增湿器100干侧出口的温度K、压力S、湿度L，温度的单位是℃，压力的单位是kpa(A)，湿度的单位是%；然后按照下式计算增湿器100水分传输效率T（单位为%）：

T= (W-X)/V，

其中，V是湿气入口含水量、X是干气入口含水量、Y是湿气出口含水量，V=N*(0.622*(0.01*C*EXP(LN(611.2)+17.62*B/(243.12+B))/1000)/(O-0.01*C*EXP(LN(611.2)+17.62*B/(243.12+B))/1000))

X=Q*(0.622*(0.01*I*EXP(LN(611.2)+17.62*H/(243.12+H))/1000)/(R-0.01*I*EXP(LN(611.2)+17.62*H/(243.12+H))/1000))

W=Q*(0.622*(0.01*L*EXP(LN(611.2)+17.62*K/(243.12+K))/1000)/(S-0.01*L*EXP(LN(611.2)+17.62*K/(243.12+K6))/1000))。

如图7所示，本申请实施例还提供了一种增湿器测试方法，所述方法包括：

S1.预设湿度目标值和温度目标值；

S2.对第一气体进行增压，后进行加湿处理；对加湿处理后的所述第一气体进行降温，以使所述第一气体的湿度达到饱和；

S3.对降温后的所述第一气体进行升温，以使所述第一气体的湿度和温度分别达到湿度目标值和温度目标值；其中，控温控湿装置对第一气体温度和湿度的匹配调整可通过前端各部件对第一气体的温度调整来配合实现，例如第三热回收换热器对第一气体的温度调整、第一冷却换热器对第一气体的温度调整、加湿装置本体的水温控制对第一气体的温度调整等。

S4.对第二气体进行增压；

S5.把升温后的所述第一气体和增压后的所述第二气体通入待测增湿器，以对待测增湿器进行测试，得到所述第一气体进入所述待测增湿器的含水率V、所述第一气体排出所述待测增湿器的含水率Y和所述第二气体进入所述待测增湿器的含水率X；

S6.根据所述含水率V、含水率Y和含水率X，得到所述待测增湿器的水分传输效率T；

S7.再次预设湿度目标值和温度目标值，并重复进行测试（即重复S2-S6步骤），以得到多个湿度和温度下的所述待测增湿器的水分传输效率T。

在一些实施例中，待测增湿器的测试次数为多次。对待测增湿器的测试次数越多，模拟增湿器的工作工况也就越多，对增湿器的性能测试就越准确。

可选的，所述待测增湿器的测试次数大于5次；可选的，所述待测增湿器的测试次数为5到8次。发明人在发明过程中发现，在燃料电池进行匹配筛选过程中对待测增湿器测试5到8次就能较好的模拟出增湿器的各种工况，能够较好的筛选出和燃料电池相匹配的增湿器，实现高效率的筛选。

可选的，所述待测增湿器的测试次数大于10次；可选的，所述待测增湿器的测试次数为10到15次。发明人在发明过程中发现，在增湿器的开发阶段，对待测增湿器测试10到15次就能较好的模拟出增湿器的各种工况，实现对增湿器性能较好的了解，实现高效率的测试。

实施例

对（某型号）的燃料电池进行分析，其冷启动过程中，增湿器的湿气入口的温度为（30℃），湿度为（100%RH），其开机过程中，增湿器的湿气入口的温度为（66℃），湿度为（95%RH），其关机过程中，增湿器的湿气入口的温度为（85℃），湿度为（95%RH），其升载过程中，增湿器的湿气入口的温度为（71℃），湿度为（95%RH），其降载过程中，增湿器的湿气入口的温度为（95℃），湿度为（80%RH）。

根据以上要求对增湿器进行筛选以适用于该燃料电池，筛选过程如下：

S1.预设所述增湿器的所述湿气进口的湿度目标值为（100%RH）和温度目标值为（30℃）；需要说明的是，对增湿器湿气进口的湿度和温度的控制是通过控温控湿装置配合前端的第一降温换热器和/或加湿装置配合来得以实现的。

S2.采用所述第一空气压缩机对第一气体进行增压，后采用所述加湿装置本体对所述第一气体进行加湿处理；采用所述加湿换热器对加湿处理后的所述第一气体进行降温，以使所述第一气体的湿度达到饱和；

S3.采用所述控温控湿装置对降温后的所述第一气体进行升温，以使所述第一气体的湿度和温度分别达到湿度目标值和温度目标值；

S4.采用所述第二空气压缩机对第二气体进行增压；

S5.把升温后的所述第一气体和增压后的所述第二气体通入待测增湿器，以对待测增湿器进行测试，得到所述第一气体进入所述待测增湿器的含水率V、所述第一气体排出所述待测增湿器的含水率Y和所述第二气体进入所述待测增湿器的含水率X；

S6.根据所述含水率V、含水率Y和含水率X，得到所述待测增湿器的水分传输效率T；

S7.预设所述增湿器的所述湿气进口的湿度目标值为（95%RH）和温度目标值为（66℃）；

S8.重复进行S2至S6；

S9.预设所述增湿器的所述湿气进口的湿度目标值为（95%RH）和温度目标值为（85℃）；

S10.重复进行S2至S6；

S11.预设所述增湿器的所述湿气进口的湿度目标值为（95%RH）和温度目标值为（71℃）；

S12.重复进行S2至S6；

S13.预设所述增湿器的所述湿气进口的湿度目标值为（80%RH）和温度目标值为（95℃）；

S14.重复进行S2至S6；

S15.根据各湿度目标值和温度目标值得到的待测增湿器的水分传输效率T进行综合比较、筛选，得到和该燃料电池较为匹配的增湿器。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例中的特征可以相互结合。

以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (14)

1.一种增湿器测试系统，用于测试燃料电池发动机的增湿器，所述增湿器包括湿气进口、湿气出口、干气进口和干气出口，其特征在于，所述系统包括：

第一气路，所述第一气路包括用管道依次串联连通的第一空气压缩机、第一降温换热器、加湿装置和控温控湿装置，所述加湿装置包括用管道依次串联连通的加湿装置本体和加湿换热器，所述控温控湿装置的出气口和所述湿气进口连通，以使外部空气依次流经第一空气压缩机、降温换热器、加湿装置本体、加湿换热器和控温控湿装置后进入所述增湿器；

第二气路，所述第二气路包括用管道依次串联连通的第二空气压缩机和第二降温换热器，所述第二降温换热器的出气口和所述干气进口连通，以使外部空气依次流经第二空气压缩机和第二降温换热器后进入所述增湿器。

2.根据权利要求1所述的增湿器测试系统，其特征在于，所述控温控湿装置包括气体加热器，以对气体进行升温来降低相对湿度。

3.根据权利要求1所述的增湿器测试系统，其特征在于，所述加湿装置本体包括喷淋加湿罐和加热装置，所述加热装置的出水口通过增压单元和所述喷淋加湿罐的喷淋头连通，用以向所述喷淋加湿罐供水，所述加热装置的入水口分别连通补水单元和所述喷淋加湿罐的出水口。

4.根据权利要求1所述的增湿器测试系统，其特征在于，所述第一气路包括切换支路，所述切换支路和所述加湿装置并联连接，以实现所述湿气进口交替进入干气和湿气。

5. 根据权利要求1所述的增湿器测试系统，其特征在于，所述系统还包括热泵和第一热回收循环管路，所述第一热回收循环管路和所述热泵的冷侧连通，所述热泵的热侧和所述加湿装置本体连通，所述第一热回收循环管路包括用管道循环连通的水箱、第一热回收换热器和第二热回收换热器，所述第一热回收换热器的入气口连通所述湿气出口，所述第二热回收换热器的入气口连通所述干气出口，以回收所述增湿器排出气体的热量。

6. 根据权利要求5所述的增湿器测试系统，其特征在于，所述系统还包括第一分水器，所述第一分水器设于所述加湿换热器和所述控温控湿装置之间，所述第一分水器的出水口连通所述加湿装置本体；和/或

所述系统还包括第二分水器，所述第二分水器的入气口连通所述第一热回收换热器的出气口，所述第二分水器的出水口连通所述加湿装置本体；和/或

所述系统还包括第三分水器，所述第三分水器的入气口连通所述第二热回收换热器的出气口，所述第三分水器的出水口连通所述加湿装置本体。

7.根据权利要求1所述的增湿器测试系统，其特征在于，所述第一降温换热器包括第三热回收换热器，所述第二降温换热器包括第四热回收换热器，所述系统还包括第二热回收循环管路，所述第二热回收循环管路循环连通所述加湿装置本体、第三热回收换热器和第四热回收换热器，以回收被所述第一空气压缩机和第二空气压缩机压缩后空气的热量。

8.根据权利要求1所述的增湿器测试系统，其特征在于，所述第一降温换热器包括第一冷却换热器，所述第二降温换热器包括第二冷却换热器，所述系统还包括第一冷却水循环管路，所述第一冷却水循环管路循环连通所述第一冷却换热器、第二冷却换热器和加湿换热器。

9. 根据权利要求1所述的增湿器测试系统，其特征在于，所述系统还包括第二冷却水循环管路，所述第二冷却水循环管路循环连通所述第一空气压缩机和第二空气压缩机，用以为所述第一空气压缩机和第二空气压缩机降温。

10.根据权利要求1所述的增湿器测试系统，其特征在于，所述第一空气压缩机和所述第二空气压缩机均为车用空压机；和/或

所述系统还包括多个背压阀，多个所述背压阀分别连通所述湿气出口和干气出口。

11.一种增湿器测试方法，其特征在于，适用于权利要求1-10任一项所述的增湿器测试系统，所述方法包括：

预设所述增湿器的所述湿气进口的湿度目标值和温度目标值；

采用所述第一空气压缩机对第一气体进行增压，后采用所述加湿装置本体对所述第一气体进行加湿处理；采用所述加湿换热器对加湿处理后的所述第一气体进行降温，以使所述第一气体的湿度达到饱和；

采用所述控温控湿装置对降温后的所述第一气体进行升温，以使所述第一气体的湿度和温度分别达到湿度目标值和温度目标值；

采用所述第二空气压缩机对第二气体进行增压；

把升温后的所述第一气体和增压后的所述第二气体通入待测增湿器，以对待测增湿器进行测试，得到所述第一气体进入所述待测增湿器的含水率V、所述第一气体排出所述待测增湿器的含水率Y和所述第二气体进入所述待测增湿器的含水率X；

根据所述含水率V、含水率Y和含水率X，得到所述待测增湿器的水分传输效率T；

再次预设所述增湿器的所述湿气进口的湿度目标值和温度目标值，并重复进行测试，以得到多个湿度和温度下的所述待测增湿器的水分传输效率T。

12.根据权利要求11所述的增湿器测试方法，其特征在于，所述待测增湿器的测试次数为多次。

13.根据权利要求12所述的增湿器测试方法，其特征在于，所述待测增湿器的测试次数为5到8次。

14.根据权利要求12所述的增湿器测试方法，其特征在于，所述待测增湿器的测试次数为10到15次。

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