CN116314950B - 氢燃料电池发动机性能活化装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种氢燃料电池发动机性能活化装置及方法。其中，氢燃料电池发动机性能活化装置，包括：氮气吹扫路对电堆阳极路进行吹扫，对电堆阳极路吹扫后的气体经氢气排口排出；氢气经所述阳极氢气进排气路进入电堆阳极，氢气进入电堆阳极反应后的气体经氢气排口排出；空气经所述空气进排气路进入电堆阴极，空气进入电堆阴极反应后的气体经空气排口排出；所述主水热循环路与电堆连通，用于对电堆排出的水进行热交换；所述辅助水循环管路用于对阳极氢气进排气路和空气进排气路进行补水；所述电气控制路用于控制负载对电堆进行加减载荷控制。达到提升和改善发动机寿命，节省燃料消耗，减少发动机辅助BOP部件损害的目的。

Description

氢燃料电池发动机性能活化装置及方法
技术领域
本发明属于燃料电池技术领域，尤其是涉及一种氢燃料电池发动机性能活化装置及方法。
背景技术
车载氢燃料电池运行过程中发动机性能存在一定的衰减，伴随着不同的使用工况条件，衰减速率不同。在满足发动机使用条件下，车辆在进行常规维护保养过程中，可以通过预先设计的发动机在线活化装置及车辆在线活化方法改善发动机性能，进而延长发动机的使用寿命。
现有技术对发动机活化的技术包括：
1、常规的操作方法是通过将发动机从车辆运行商拆卸至发动机生产厂家，进行发动机可逆衰减评估和单机线下活化，为了进一步提升活化效果，将电堆模块从发动机系统中分解开来，单独对电堆模块进行性能恢复和活化。
2、技术人员也通过车辆本身进行手动或半自动运行预设发动机系统控制策略，实现车辆在规定条件下拉载活化。
3、通过一些简易的外部吹扫手段对发动机进行N2吹扫能够对因水淹等造成的发动机性能单低起到正向缓解作用。
4、结合发动机在客户端的使用情况，针对久置停机的发动机进行外部增加加湿气体等对电堆进行单一流路进行吹扫和润湿，提升发动机内部电堆极板流道的平顺性和膜电极对质子的传递能力，最终达到一定的性能恢复目标。
另外，还包括通过阴极增湿器进行纯水浸泡增湿、阴极进气喷淋增湿循环、膜电极预先增湿等方法进行活化。
发明人在实施本发明过程中发现上述现有技术存在以下问题：
通过拆卸发动机或者拆卸电堆的手段进行性能恢复和活化，耗费资源严重，严重影响车辆的运营计划，客户体验较差，无法满足运营需求。
通过一定的数据传输系统和控制逻辑设计，能够实现车辆在线检测判断性能恢复和活化操作，但受到车辆使用条件和车载运行条件，发动机无法在比较舒适的操作条件进行性能活化和恢复，如停车状态因散热风扇能力限制，发动机无法进行大电流拉载，达到不到活化需求，发动机在车载条件下负载的响应和动力电池充放电限制无法进行快速拉载和降载。
在发动机外部进气管路设计分支，进行N2吹扫，该操作能够短暂缓解单一原因造成的发动机性能低，但无法从根源解决发动机的电化学催化性能降低恢复。而且，不论是车辆自带N2气瓶还是，外接N2气源，均无法从根源解决问题，能够实现永久性性能恢复。
针对久置发动机内部膜电极和各气流路偏干的发动机，初始性能较差，使用该方法能够缓解该问题，但针对长久性电化学反应造成的衰减，无法达到性能恢复的目的。
另外，部分操作能够满足实验样件或个别实验条件下的性能恢复，但在车载应用条件下，实用性效果不明显。
发明内容
针对现有技术中存在的问题，本发明提供了一种氢燃料电池发动机性能活化装置及方法，至少部分的解决现有技术中存在的降低车载发动机寿命，燃料消耗多且发动机辅助部件的损害的问题。
第一方面，本公开实施例提供了一种氢燃料电池发动机性能活化装置，氢燃料电池发动机包括电堆，装置包括：氮气吹扫路、阳极氢气进排气路、空气进排气路、主水热循环路、辅助水循环管路和电气控制路，
所述氮气吹扫路对电堆阳极路进行吹扫， 对电堆阳极路吹扫后的气体经氢气排口排出；
氢气经所述阳极氢气进排气路进入电堆阳极，氢气进入电堆阳极反应后的气体经氢气排口排出；
空气经所述空气进排气路进入电堆阴极，空气进入电堆阴极反应后的气体经空气排口排出；
所述主水热循环路与电堆连通，用于对电堆排出的水进行热交换；
所述辅助水循环管路用于对阳极氢气进排气路和空气进排气路进行补水；
所述电气控制路用于控制负载对电堆进行加减载荷控制；
所述主水热循环路，包括内部循环系统和外部循环系统；
所述内部循环系统，包括第一储水箱、内部散热水泵、内部散热手动调节阀、内部散热指示流量计、板式换热器、内部散热过滤器、进堆温度传感器和进堆压力传感器；
所述第一储水箱、内部散热水泵、内部散热手动调节阀、内部散热指示流量计、板式换热器、内部散热过滤器、进堆温度传感器和进堆压力传感器依次设置在电堆的水出口和水入口之间；
所述第一储水箱上设置电导率测试仪。
可选的，所述氮气吹扫路，包括氮气手动阀、氮气比例阀、氮气电控阀和氮气单向阀，氮气依次经氮气手动阀、氮气比例阀、氮气电控阀和氮气单向阀进入电堆。
可选的，所述阳极氢气进排气路，包括氢气手动阀、氢气主路电控阀、氢气压力传感器、氢气汽水分离器、氢气泄压阀、氢气常开安全阀、氢气比例调节阀、氢气流量计、氢气二级分水器、氢气进罐电控阀、氢气进堆电控阀、氢气进罐压力传感器、氢气增湿罐、氢气进堆伴热管、氢气进堆前端泄压阀和氢气进堆前端常开安全阀；
所述氢气依次经氢气手动阀、氢气主路电控阀、氢气压力传感器、氢气汽水分离器、氢气比例调节阀、氢气二级分水器、氢气进罐电控阀和氢气进罐压力传感器进入氢气增湿罐，所述氢气增湿罐对氢气增湿后进入电堆；
所述氢气汽水分离器与氢气比例调节阀之间的管道上连通氢气泄压阀，氢气常开安全阀与氢气泄压阀连通；
所述氢气流量计与氢气比例调节阀并联；
经氢气二级分水器的氢气还通过氢气进堆电控阀进入电堆；
氢气增湿罐和电堆之间的进堆管路上设置氢气进堆伴热管；
氢气增湿罐和电堆之间的进堆管路上设置氢气进堆前端泄压阀，氢气进堆前端常开安全阀与氢气进堆前端泄压阀连通。
可选的，所述氢气增湿罐和电堆之间的进堆管路外侧缠绕多层保温部件。
可选的，所述氢气增湿罐与氢气增湿用水热喷淋循环系统连通，所述氢气增湿用水热喷淋循环系统，包括第一氢气喷淋循环过滤器、氢气喷淋罐、氢气喷淋单向阀、氢气喷淋水泵和第二氢气喷淋循环过滤器， 所述第一氢气喷淋循环过滤器、氢气喷淋罐、氢气喷淋单向阀、氢气喷淋水泵和第二氢气喷淋循环过滤器依次设置在氢气增湿罐的入口和出口之间。
可选的，所述空气进排气路，包括空气手动阀、空气电动阀、空气压力传感器、空气进气汽水分离器、空气主路流量计、空气旁路流量计、空气第二分水器、空气进罐电控阀、空气进罐前端压力传感器、空气进罐前端温度传感器、空气增湿罐、空气进堆电磁阀和空气进堆伴热管；
空气依次经空气手动阀、空气电动阀、空气压力传感器、空气进气汽水分离器、空气主路流量计、空气第二分水器、空气进罐电控阀、空气进罐前端压力传感器和空气进罐前端温度传感器进入空气增湿罐，空气增湿罐对进入的空气增湿后进入电堆；
所述空气旁路流量计与空气主路流量计并联；
经所述空气第二分水器的空气经空气进堆电磁阀进入电堆；
空气增湿罐和电堆之间的管道上设置空气进堆伴热管。
可选的，所述空气增湿罐与空气喷淋水增湿循环路连通，所述空气喷淋水增湿循环路，包括第一空气过滤器、空气喷淋水泵、空气喷淋单向阀、空气喷淋罐和第二空气过滤器，所述第一空气过滤器、空气喷淋水泵、空气喷淋单向阀、空气喷淋罐和第二空气过滤器依次设置在空气增湿罐的出口和入口之间。
可选的， 所述外部循环系统，包括第二储水箱，外部散热水泵、外部散热手动阀、外部散热第一指示流量计、散热组件、外部散热出口电磁阀、外部散热水路比例调节阀、外部散热第二指示流量计和板换前过滤器；
所述第二储水箱，外部散热水泵、外部散热手动阀、外部散热第一指示流量计、散热组件、外部散热出口电磁阀、外部散热水路比例调节阀、外部散热第二指示流量计和板换前过滤器依次设置在板式换热器的出口和入口之间；
所述第二储水箱上设置液位传感器。
可选的，所述辅助水循环管路，包括：辅助储水箱、辅助手动阀、辅助过滤器、补水水泵、辅助空气电磁阀、辅助空气单向阀、辅助氢气电磁阀和辅助氢气单向阀；
所述辅助储水箱的水依次通过辅助手动阀、辅助过滤器、补水水泵、辅助空气电磁阀和辅助空气单向阀为空气进排气路的空气增湿罐补水；
所述辅助储水箱的水依次通过辅助手动阀、辅助过滤器、补水水泵、辅助氢气电磁阀和辅助氢气单向阀为阳极氢气进排气路的氢气增湿罐补水。
第二方面，本公开实施例还提供了一种氢燃料电池发动机性能活化方法，应用第一方面任一所述的装置。
本发明提供的氢燃料电池发动机性能活化装置及方法。其中该氢燃料电池发动机性能活化装置，通过设置氮气吹扫路、阳极氢气进排气路、空气进排气路、主水热循环路、辅助水循环管路和电气控制路，对燃料电池进行活化，从而达到提升和改善发动机寿命，节省燃料消耗，减少发动机辅助BOP部件损害的目的。
本发明还具有以下效果：
1、车载发动机性能衰减后，通过外挂电子负载及满足条件的燃料供给，进行快速高效性能活化提升；
2、活化策略得到全面执行，活化时间大幅度缩减，活化性能收益显著提升，车载状态下的活化方法得到全面验证；
3、减少发动机系统拆卸次数，降低人工劳动成本，节省操作工时，提升车辆运营端客户满意度；
4、简化发动机台架活化方法，提升活化过程的操作便捷性，减少活化时间，提升工作效率；
附图说明
通过结合附图对本公开示例性实施例进行更详细的描述，本公开的上述以及其它目的、特征和优势将变得更加明显，其中，在本公开示例性实施例中，相同的参考标号通常代表相同部件。
图1为本公开实施例提供的氢燃料电池发动机性能活化装置的原理框；
图2为本公开实施例提供的氢燃料电池发动机性能活化方法的流程图；
其中，101-氮气手动阀；102-氮气比例阀；103-氮气电控阀；104-氮气单向阀；
201-氢气手动阀；202-氢气主路电控阀；203-氢气汽水分离器；204-氢气泄压阀；205-氢气常开安全阀；206-氢气比例调节阀；207-氢气流量计；208-氢气二级分水器；209-氢气进罐电控阀；210-氢气进堆电控阀；211-氢气增湿罐； 212-氢气进堆伴热管；213-氢气进堆前端泄压阀；214-氢气进堆前端常开安全阀；215-第一氢气喷淋循环过滤器；216-氢气喷淋罐；217-氢气喷淋单向阀；218-氢气喷淋水泵；219-第二氢气喷淋循环过滤器； 220-氢排口手动阀；221-氢排口电磁阀；
301-空气手动阀；302-空气电动阀；303-空气进气汽水分离器；304-空气主路流量计；305-空气旁路流量计；306-空气第二分水器；307-空气进罐电控阀；308-空气增湿罐；309-空气进堆电磁阀；310-空气进堆伴热管；311-第一空气过滤器；312-空气喷淋水泵；313-空气喷淋单向阀；314-空气喷淋罐；315-第二空气过滤器；316-空气排口电磁阀；317-空气排口手动阀；318-空气泄压阀；
401-第一储水箱；402-内部散热水泵；403-内部散热手动调节阀；404-内部散热指示流量计；405-板式换热器；406-内部散热过滤器；407-第二储水箱；408-外部散热水泵；409-外部散热手动阀；410-外部散热第一指示流量计；411-散热组件；412-外部散热出口电磁阀；413-外部散热水路比例调节阀；414-外部散热第二指示流量计；415-板换前过滤器；416-散热球阀；
501-辅助储水箱；502-辅助手动阀；503-辅助过滤器；504-补水水泵；505-辅助空气电磁阀；506-辅助空气单向阀；507-辅助氢气电磁阀；508-辅助氢气单向阀；
6-继电器。
具体实施方式
下面结合附图对本公开实施例进行详细描述。
应当明确，以下通过特定的具体实例说明本公开的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本公开的其他优点与功效。显然，所描述的实施例仅仅是本公开一部分实施例，而不是全部的实施例。本公开还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本公开的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。基于本公开中的实施例，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，都属于本公开保护的范围。
需要说明的是，下文描述在所附权利要求书的范围内的实施例的各种方面。应显而易见，本文中所描述的方面可体现于广泛多种形式中，且本文中所描述的任何特定结构及/或功能仅为说明性的。基于本公开，所属领域的技术人员应了解，本文中所描述的一个方面可与任何其它方面独立地实施，且可以各种方式组合这些方面中的两者或两者以上。举例来说，可使用本文中所阐述的任何数目个方面来实施设备及/或实践方法。另外，可使用除了本文中所阐述的方面中的一或多者之外的其它结构及/或功能性实施此设备及/或实践此方法。
还需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本公开的基本构想，图示中仅显示与本公开中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。
另外，在以下描述中，提供具体细节是为了便于透彻理解实例。然而，所属领域的技术人员将理解，可在没有这些特定细节的情况下实践所述方面。
为了便于理解，如图1所示，本实施例公开了一种氢燃料电池发动机性能活化装置，氢燃料电池发动机包括电堆，装置包括：氮气吹扫路、阳极氢气进排气路、空气进排气路、主水热循环路、辅助水循环管路和电气控制路，
所述氮气吹扫路对电堆阳极路进行吹扫， 对电堆阳极路吹扫后的气体经氢气排口排出；
氢气经所述阳极氢气进排气路进入电堆阳极，氢气进入电堆阳极反应后的气体经氢气排口排出；
空气经所述空气进排气路进入电堆阴极，空气进入电堆阴极反应后的气体经空气排口排出；
所述主水热循环路与电堆连通，用于对电堆排出的水进行热交换；
所述辅助水循环管路用于对阳极氢气进排气路和空气进排气路进行补水；
所述电气控制路用于控制负载对电堆进行加减载荷控制。
可选的，所述氮气吹扫路，包括氮气手动阀、氮气比例阀、氮气电控阀和氮气单向阀，氮气依次经氮气手动阀、氮气比例阀、氮气电控阀和氮气单向阀进入电堆。氮气吹扫路对电堆阳极路进行吹扫，吹扫后气体经过氢气排口和尾排电磁阀排出，在进行发动机内部气体置换及出现性能问题时，该气路能够进行电堆阳极流道吹扫，消除电堆水淹造成的电堆单低、性能较差等问题。
可选的，所述阳极氢气进排气路，包括氢气手动阀、氢气主路电控阀、氢气压力传感器、氢气汽水分离器、氢气泄压阀、氢气常开安全阀、氢气比例调节阀、氢气流量计、氢气二级分水器、氢气进罐电控阀、氢气进堆电控阀、氢气进罐压力传感器、氢气增湿罐、氢气进堆伴热管、氢气进堆前端泄压阀和氢气进堆前端常开安全阀；
所述氢气依次经氢气手动阀、氢气主路电控阀、氢气压力传感器、氢气汽水分离器、氢气比例调节阀、氢气二级分水器、氢气进罐电控阀和氢气进罐压力传感器进入氢气增湿罐，所述氢气增湿罐对氢气增湿后进入电堆；
所述氢气汽水分离器与氢气比例调节阀之间的管道上连通氢气泄压阀，氢气常开安全阀与氢气泄压阀连通；
所述氢气流量计与氢气比例调节阀并联；
经氢气二级分水器的氢气还通过氢气进堆电控阀进入电堆；
氢气增湿罐和电堆之间的进堆管路上设置氢气进堆伴热管；
氢气增湿罐和电堆之间的进堆管路上设置氢气进堆前端泄压阀，氢气进堆前端常开安全阀与氢气进堆前端泄压阀连通。
可选的，所述氢气增湿罐和电堆之间的进堆管路外侧缠绕多层保温部件。
可选的，所述氢气增湿罐与氢气增湿用水热喷淋循环系统连通，所述氢气增湿用水热喷淋循环系统，包括第一氢气喷淋循环过滤器、氢气喷淋罐、氢气喷淋单向阀、氢气喷淋水泵和第二氢气喷淋循环过滤器， 所述第一氢气喷淋循环过滤器、氢气喷淋罐、氢气喷淋单向阀、氢气喷淋水泵和第二氢气喷淋循环过滤器依次设置在氢气增湿罐的入口和出口之间。
为了能够长久保持电堆前端气体的温度不随时间延长降低，进堆管路外侧缠绕多层保温部件和氢气进堆伴热管，通过外部24v供电提升一定热量，保证电堆进堆温度为目标值温度，经过电堆内部后，经过氢气排口采集氢气出口压力与出口温度后通过尾排电磁阀排入混排公共管道，为了系统安全考虑，尾排电磁阀设计手动旁路阀泄压。在氢气增湿罐外部设计氢气增湿用水热喷淋循环系统，通过增湿罐的一定温度、一定压力和一定湿度的水热循环，循环水在喷淋罐内部进行喷淋增湿，能够进一步提升氢气的增湿效果，更好的满足电堆活化及性能恢复所需的氢气。为了更好的控制氢气进入电堆湿度，氢气路设计氢气进堆旁通路，经过第二分水器后，通过氢气进堆电控阀直接进入电堆内部，该气体和增湿罐气体进行混合能够更好的控制电堆进气湿度。
可选的，所述空气进排气路，包括空气手动阀、空气电动阀、空气压力传感器、空气进气汽水分离器、空气主路流量计、空气旁路流量计、空气第二分水器、空气进罐电控阀、空气进罐前端压力传感器、空气进罐前端温度传感器、空气增湿罐、空气进堆电磁阀和空气进堆伴热管；
空气依次经空气手动阀、空气电动阀、空气压力传感器、空气进气汽水分离器、空气主路流量计、空气第二分水器、空气进罐电控阀、空气进罐前端压力传感器和空气进罐前端温度传感器进入空气增湿罐，空气增湿罐对进入的空气增湿后进入电堆；
所述空气旁路流量计与空气主路流量计并联；
经所述空气第二分水器的空气经空气进堆电磁阀进入电堆；
空气增湿罐和电堆之间的管道上设置空气进堆伴热管。
可选的，所述空气增湿罐与空气喷淋水增湿循环路连通，所述空气喷淋水增湿循环路，包括第一空气过滤器、空气喷淋水泵、空气喷淋单向阀、空气喷淋罐和第二空气过滤器，所述第一空气过滤器、空气喷淋水泵、空气喷淋单向阀、空气喷淋罐和第二空气过滤器依次设置在空气增湿罐的出口和入口之间。
为了更好的保证气体进堆的温度和湿度恒定，在空气进堆伴热管管内部缠绕保温装置及电加热阻线，通过外部共给24v电，为电堆进气前端保温提供支持，经过电堆空气出口设计有温度及压力传感器，在经过电控阀和手动阀排除外部。为了更好的控制空气的进堆湿度，空气路设计与空气增湿罐并联的空气进堆电磁阀，经过电磁阀及单向阀，实现空气干气和湿气混合进堆。为了获取更加稳定的加湿空气，空气路增湿罐设计空气喷淋水增湿循环路，空气喷淋水增湿循环路的过滤器和温度压力传感进行喷淋在增湿检测。为了更好的监控空气增湿罐工作状态，增湿罐内部设计温度、压力、液位等传感器检测增湿罐内部工作状态。
可选的，所述主水热循环路，包括内部循环系统和外部循环系统；
所述内部循环系统，包括第一储水箱、内部散热水泵、内部散热手动调节阀、内部散热指示流量计、板式换热器、内部散热过滤器、进堆温度传感器和进堆压力传感器；
所述第一储水箱、内部散热水泵、内部散热手动调节阀、内部散热指示流量计、板式换热器、内部散热过滤器、进堆温度传感器和进堆压力传感器依次设置在电堆的水出口和水入口之间；
所述第一储水箱上设置电导率测试仪；
所述外部循环系统，包括第二储水箱，外部散热水泵、外部散热手动阀、外部散热第一指示流量计、散热组件、外部散热出口电磁阀、外部散热水路比例调节阀、外部散热第二指示流量计和板换前过滤器；
所述第二储水箱，外部散热水泵、外部散热手动阀、外部散热第一指示流量计、散热组件、外部散热出口电磁阀、外部散热水路比例调节阀、外部散热第二指示流量计和板换前过滤器依次设置在板式换热器的出口和入口之间；
所述第二储水箱上设置液位传感器。
可选的，所述辅助水循环管路，包括：辅助储水箱、辅助手动阀、辅助过滤器、补水水泵、辅助空气电磁阀、辅助空气单向阀、辅助氢气电磁阀和辅助氢气单向阀；
所述辅助储水箱的水依次通过辅助手动阀、辅助过滤器、补水水泵、辅助空气电磁阀和辅助空气单向阀为空气进排气路的空气增湿罐补水；
所述辅助储水箱的水依次通过辅助手动阀、辅助过滤器、补水水泵、辅助氢气电磁阀和辅助氢气单向阀为阳极氢气进排气路的氢气增湿罐补水。
辅助水循环管路分别进入空气进排气路和阳极氢气进排气路，在进入增湿罐前端设计有单项阀，防止增压气体反向流动混合造成危险。
电气控制路：发动机通过测试台架系统上位机与控制器控制负载对电堆进行加减载荷控制。负载通过继电器和正负极大线与发动机连接。发动机内部设有巡检模块检测电堆单节电压，运行过程中实时监测电堆工作状态，负载设有接地连接点。
各子系统通过模块化集成手段，至于可移动式装置空间内部，该测试装置为发动机的运行提供支撑，最终满足发动机活化和性能恢复运行要求。
图1中的L为液位传感器，P为压力传感器，T为温度传感器，G为电导率测试仪。
如图2所示，本实施例还公开了一种氢燃料电池发动机性能活化方法，应用本实施例公开的装置，所述方法包括：
步骤1：在车载条件运行固定工况点判断燃料电池发动机性能；
步骤2：如发动机性能不满足该工况条件则需要活化；
步骤3：发动机在运维点与测试台架对接；
步骤4：对发动机进行气密性检测，所述气密性检测包括三腔保压、单腔保压和窜漏测试；
步骤5：对气密性检测后的发动机进行初始状态活化与极化以及高低变载活化与恒定通用条件极化；
步骤6：对发动机进行大电流工况活化；
步骤7：空载停机降压吹扫关机；
步骤8：停机稳定设定段时间；
步骤9：重复步骤6到步骤8三次以上活化循环过程；
步骤10：初始状态同等条件下进行极化参数对比。确定活化后状态；
步骤11：断开机械及电气接口，车辆转为正常运行；
步骤12：活化性能恢复结束。
在发动机测车载条件下，主要经过图2所示步骤实现发动机的运行数据在线检测、发动机当前状态下各工况点信息数据采集分析处理、运行发动机活化工况、运行发动机活化后极化工况，性能相关问题修复后数据对比分析，形成本次发动机主动和被动保养升级数据结论。具体发动机的车载状态活化过程分为如图2车载条件发动机系统外挂式活化流程图所示进行如下步骤1到步骤12活化和恢复过程。
具体实施步骤1至3主要涉及如下流程：车载条件下针对发动机的不同运行工况，进行保护红线标定，根据实际车辆运行情况，进行定期固定工况运行，对发动机在车载状态下的各项指标参数判定，这其中包括对发动机核心零部件：空气进排系统的工作能力判定如节气门开度响应、节气门密封性判定、空压机前端流阻判定、空压机增压后端压力判定、空压机喘振点判定，增湿器增湿流阻判定、增湿能力判定、消音器耐水能力判定、消音效果流阻判定等。氢气进排及回流分水判定，如氢气进气压力波动情况判定、氢气回流路阻力判定、氢气排气和排水能力判定、氢气排气浓度判定等信息。水热循环流路，针对各处关键点流阻判定，节温器开度及相应时间判定等信息。经过如上判定确定的发动机保护及活化恢复必要性，控制系统输出运维升级信息，提醒车辆达到固定的运维地点进行升级改进。
具体实施步骤3至5，为确定需要进行活化和恢复前的必要性操作，明确发动机进行该项业务前通过固定的标定台架，在完成发动机的机械、流体、电气和控制快速对接后，进行的前期准备工作，通过气密性评估发动机内部部件的运行可靠性情况、通过前期标准条件极化，确定发动机活化和性能恢复前的状态。以此更好评估，该类操作的直接收益。
具体实施步骤6涉及的发动机系统运行条件，具体活化工况循环如下表1所示：典型的测试操作条件工况信息如下表1所示：表中，选择较高的电流密度，较低的空气和氢气计量比运行发动机系统，过程中气体温度及露点均为高温和高湿度条件稳定固定时间运行，电压波动满足设计需求（波动范围低于±0.005v），冷却系统参数，满足发动机常规运行需求。
表1.发动机系统活化恒电流放电运行条件
。
与此对应的发动机停机活化工况信息如下表2所示：表中，选择空载状态停机吹扫，保持氢气供给，停止空气供给，发动机温度为常温运行状态，直至电压降低至 0 V关机,最终停止氢气供给，停机时间15min。
表2.停机吹扫条件
。
具体实施步骤6至9：发动机进行外部连接后，首先通过上位机控制负载进行最大限度电流持续进行高低拉载控制拉载单节电压在0.5±0.005 v与0.85±0.005v范围内部，根据实际发动机的能力需求，按照极限电流条件拉载至峰值电流，目的是打开发动机电堆内部膜电极的气体扩散测和催化层的电子和质子传输通道，充分建立电堆内部气体、液体、固定三相界面促进电化学反应，提升其性能。通过高低负载变化，能够进一步调节发动机内阴阳极的水平衡，通过利用阻抗分析系统，确定阴极和阳极的谁管理状态，该类操作，有利于质子膜的润湿，促使发动机运行达到最佳状态。步骤6为长时间恒定大电流活化，该过程中按照表1所示，进行恒电流放电活化，电流密度根据电压条件设计，稳定电压至0.45v为准，浮动电压值为±0.05v，最低报警阈值为0.3v，最大电压值设置为0.5v，空气和氢气运行入口压压力恒定，氢气常规流量，空气采用低计量比进气方案，电压控制过程中，采用低计量比方案降低电堆单节电压的方法，工况稳定运行45min，之后进入抛载停机过程，该过程中关键信息参考表2.停机吹扫条件，负载为断开状态，关闭空气路，氢气路持续进行低电密吹扫，由于空气路的关闭耗氧过程主动放电，电压缓慢降低至0V后关闭氢气，最终停止冷却循环，整体停机15min，以此完成一次活化循环：
整个电堆的活化过程中，持续进行以上步骤6至步骤6进行实验验证，通过若干循环后进行步骤10性能极化测试，得到发动机的活化前后极化性能曲线：通过该循环后发动机在同等条件下的升载和降载均有14mv至20mv不等的性能提升收益。
该发动机的活化方法总计进行3~4个循环，通过该循环后电堆达到设计性能参数水平，该方法能够充分解决电堆长时间久置所引起的电堆性能衰减。
进一步的，通过数据的对比分析和验证，后期进行与单节电池的交流阻抗功能进行验证，进一步完善电堆内部水平衡状态监测，大电流频繁变载过程，通过交流阻抗的应用进一步确定各个环节电堆内部核心部件气体扩散层和催化层对聚合物的水合作用，明确传质的效果和收益，进一步明确电堆性能的改善过程。恒电流的持续放电过程，通过大流量气体建立气、液传输通道，去除电极的制备过程中的杂质，进一步提升发动机的性能。
具体实施步骤11至12：完成活化后的收尾工作，发动机恢复至装车运行状态，整车从测试系统台架剥离，车载发动机的在线活化和恢复工作完成，修正后的发动机正常工况运行，车辆正常上线供客户运营。
以上结合具体实施例描述了本公开的基本原理，但是，需要指出的是，在本公开中提及的优点、优势、效果等仅是示例而非限制，不能认为这些优点、优势、效果等是本公开的各个实施例必须具备的。另外，上述公开的具体细节仅是为了示例的作用和便于理解的作用，而非限制，上述细节并不限制本公开为必须采用上述具体的细节来实现。
在本公开中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序，本公开中涉及的器件、装置、设备、系统的方框图仅作为例示性的例子并且不意图要求或暗示必须按照方框图示出的方式进行连接、布置、配置。如本领域技术人员将认识到的，可以按任意方式连接、布置、配置这些器件、装置、设备、系统。诸如“包括”、“包含”、“具有”等等的词语是开放性词汇，指“包括但不限于”，且可与其互换使用。这里所使用的词汇“或”和“和”指词汇“和/或”，且可与其互换使用，除非上下文明确指示不是如此。这里所使用的词汇“诸如”指词组“诸如但不限于”，且可与其互换使用。
另外，如在此使用的，在以“至少一个”开始的项的列举中使用的“或”指示分离的列举，以便例如“A、B或C的至少一个”的列举意味着A或B或C，或AB或AC或BC，或ABC（即A和B和C）。此外，措辞“示例的”不意味着描述的例子是优选的或者比其他例子更好。
还需要指出的是，在本公开的系统和方法中，各部件或各步骤是可以分解和/或重新组合的。这些分解和/或重新组合应视为本公开的等效方案。
可以不脱离由所附权利要求定义的教导的技术而进行对在此所述的技术的各种改变、替换和更改。此外，本公开的权利要求的范围不限于以上所述的处理、机器、制造、事件的组成、手段、方法和动作的具体方面。可以利用与在此所述的相应方面进行基本相同的功能或者实现基本相同的结果的当前存在的或者稍后要开发的处理、机器、制造、事件的组成、手段、方法或动作。因而，所附权利要求包括在其范围内的这样的处理、机器、制造、事件的组成、手段、方法或动作。
提供所公开的方面的以上描述以使本领域的任何技术人员能够做出或者使用本公开。对这些方面的各种修改对于本领域技术人员而言是非常显而易见的，并且在此定义的一般原理可以应用于其他方面而不脱离本公开的范围。因此，本公开不意图被限制到在此示出的方面，而是按照与在此公开的原理和新颖的特征一致的最宽范围。
为了例示和描述的目的已经给出了以上描述。此外，此描述不意图将本公开的实施例限制到在此公开的形式。尽管以上已经讨论了多个示例方面和实施例，但是本领域技术人员将认识到其某些变型、修改、改变、添加和子组合。

Claims (9)

1.一种氢燃料电池发动机性能活化装置，氢燃料电池发动机包括电堆，其特征在于，装置包括：氮气吹扫路、阳极氢气进排气路、空气进排气路、主水热循环路、辅助水循环管路和电气控制路，
所述氮气吹扫路对电堆阳极路进行吹扫， 对电堆阳极路吹扫后的气体经氢气排口排出；
氢气经所述阳极氢气进排气路进入电堆阳极，氢气进入电堆阳极反应后的气体经氢气排口排出；
空气经所述空气进排气路进入电堆阴极，空气进入电堆阴极反应后的气体经空气排口排出；
所述主水热循环路与电堆连通，用于对电堆排出的水进行热交换；
所述辅助水循环管路用于对阳极氢气进排气路和空气进排气路进行补水；
所述电气控制路用于控制负载对电堆进行加减载荷控制；
所述主水热循环路，包括内部循环系统和外部循环系统；
所述内部循环系统，包括第一储水箱、内部散热水泵、内部散热手动调节阀、内部散热指示流量计、板式换热器、内部散热过滤器、进堆温度传感器和进堆压力传感器；
所述第一储水箱、内部散热水泵、内部散热手动调节阀、内部散热指示流量计、板式换热器、内部散热过滤器、进堆温度传感器和进堆压力传感器依次设置在电堆的水出口和水入口之间；
所述第一储水箱上设置电导率测试仪。
2.根据权利要求1所述的氢燃料电池发动机性能活化装置，其特征在于，所述氮气吹扫路，包括氮气手动阀、氮气比例阀、氮气电控阀和氮气单向阀，氮气依次经氮气手动阀、氮气比例阀、氮气电控阀和氮气单向阀进入电堆。
3.根据权利要求1所述的氢燃料电池发动机性能活化装置，其特征在于，所述阳极氢气进排气路，包括氢气手动阀、氢气主路电控阀、氢气压力传感器、氢气汽水分离器、氢气泄压阀、氢气常开安全阀、氢气比例调节阀、氢气流量计、氢气二级分水器、氢气进罐电控阀、氢气进堆电控阀、氢气进罐压力传感器、氢气增湿罐、氢气进堆伴热管、氢气进堆前端泄压阀和氢气进堆前端常开安全阀；
所述氢气依次经氢气手动阀、氢气主路电控阀、氢气压力传感器、氢气汽水分离器、氢气比例调节阀、氢气二级分水器、氢气进罐电控阀和氢气进罐压力传感器进入氢气增湿罐，所述氢气增湿罐对氢气增湿后进入电堆；
所述氢气汽水分离器与氢气比例调节阀之间的管道上连通氢气泄压阀，氢气常开安全阀与氢气泄压阀连通；
所述氢气流量计与氢气比例调节阀并联；
经氢气二级分水器的氢气还通过氢气进堆电控阀进入电堆；
氢气增湿罐和电堆之间的进堆管路上设置氢气进堆伴热管；
氢气增湿罐和电堆之间的进堆管路上设置氢气进堆前端泄压阀，氢气进堆前端常开安全阀与氢气进堆前端泄压阀连通。
4.根据权利要求3所述的氢燃料电池发动机性能活化装置，其特征在于，所述氢气增湿罐和电堆之间的进堆管路外侧缠绕多层保温部件。
5.根据权利要求3所述的氢燃料电池发动机性能活化装置，其特征在于，所述氢气增湿罐与氢气增湿用水热喷淋循环系统连通，所述氢气增湿用水热喷淋循环系统，包括第一氢气喷淋循环过滤器、氢气喷淋罐、氢气喷淋单向阀、氢气喷淋水泵和第二氢气喷淋循环过滤器， 所述第一氢气喷淋循环过滤器、氢气喷淋罐、氢气喷淋单向阀、氢气喷淋水泵和第二氢气喷淋循环过滤器依次设置在氢气增湿罐的入口和出口之间。
6.根据权利要求1所述的氢燃料电池发动机性能活化装置，其特征在于，所述空气进排气路，包括空气手动阀、空气电动阀、空气压力传感器、空气进气汽水分离器、空气主路流量计、空气旁路流量计、空气第二分水器、空气进罐电控阀、空气进罐前端压力传感器、空气进罐前端温度传感器、空气增湿罐、空气进堆电磁阀和空气进堆伴热管；
空气依次经空气手动阀、空气电动阀、空气压力传感器、空气进气汽水分离器、空气主路流量计、空气第二分水器、空气进罐电控阀、空气进罐前端压力传感器和空气进罐前端温度传感器进入空气增湿罐，空气增湿罐对进入的空气增湿后进入电堆；
所述空气旁路流量计与空气主路流量计并联；
经所述空气第二分水器的空气经空气进堆电磁阀进入电堆；
空气增湿罐和电堆之间的管道上设置空气进堆伴热管。
7.根据权利要求6所述的氢燃料电池发动机性能活化装置，其特征在于，所述空气增湿罐与空气喷淋水增湿循环路连通，所述空气喷淋水增湿循环路，包括第一空气过滤器、空气喷淋水泵、空气喷淋单向阀、空气喷淋罐和第二空气过滤器，所述第一空气过滤器、空气喷淋水泵、空气喷淋单向阀、空气喷淋罐和第二空气过滤器依次设置在空气增湿罐的出口和入口之间。
8.根据权利要求1所述的氢燃料电池发动机性能活化装置，其特征在于，
所述外部循环系统，包括第二储水箱，外部散热水泵、外部散热手动阀、外部散热第一指示流量计、散热组件、外部散热出口电磁阀、外部散热水路比例调节阀、外部散热第二指示流量计和板换前过滤器；
所述第二储水箱，外部散热水泵、外部散热手动阀、外部散热第一指示流量计、散热组件、外部散热出口电磁阀、外部散热水路比例调节阀、外部散热第二指示流量计和板换前过滤器依次设置在板式换热器的出口和入口之间；
所述第二储水箱上设置液位传感器。
9.根据权利要求1所述的氢燃料电池发动机性能活化装置，其特征在于，所述辅助水循环管路，包括：辅助储水箱、辅助手动阀、辅助过滤器、补水水泵、辅助空气电磁阀、辅助空气单向阀、辅助氢气电磁阀和辅助氢气单向阀；
所述辅助储水箱的水依次通过辅助手动阀、辅助过滤器、补水水泵、辅助空气电磁阀和辅助空气单向阀为空气进排气路的空气增湿罐补水；
所述辅助储水箱的水依次通过辅助手动阀、辅助过滤器、补水水泵、辅助氢气电磁阀和辅助氢气单向阀为阳极氢气进排气路的氢气增湿罐补水。
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