CN117913322A - 一种燃料电池用节气门测试装置及湿度调节方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种燃料电池用节气门测试装置及湿度调节方法，包括进气单元、增湿单元、第一检测单元和第二检测单元；所述进气单元用于输出干燥态的空气，并记录空气的预设温度及压力；增湿单元：用于将待雾化的水加热至所述预设温度后，将雾化的水与所述干燥态的空气混合，增湿后的空气，且控制所述增湿后的空气满足预设的目标湿度并输出，本发明中，通过湿度调节方法，将雾化水汽与干燥的空气混合，实现控制湿度的调控，方便实现不同工况的测试，通过增湿后空气检测节气门的泄流量和流阻测量，能够真实模拟系统实际工况，使得测试结果更加精确，实现冷却液的余热利用，节省了测试过程的功耗。

Description

一种燃料电池用节气门测试装置及湿度调节方法

技术领域

本发明涉及燃料电池技术领域，具体涉及一种燃料电池用节气门测试装置及湿度调节方法。

背景技术

燃料电池系统中，洁净的氢气和经压缩增湿后的氧气(空气中的氧气)在电堆中发生化学反应，将化学能转化为电能，从而输出动力。燃料电池空气测的供给是通过空压机(或膨胀机)、增湿器及节气门的配合，根据燃料电池系统在不同工况对空气的需求，实现不同压力、流量及湿度的空气调节，用以满足系统工况。当前燃料电池用节气门要求极高的密封性，一般泄漏量都要求≤0.5ml/min，因此需要用带橡胶密封圈结构的节气门来保证全关后的高密封性。

但由于橡胶材质的特性，对于燃料电池用节气门，其密封圈随着使用时间的推移会出现密封性衰减，然而燃料电池系统内部运行复杂需要对节气门的密封性进行检测，如测试不准，将严重影响系统实际使用，一旦空气测泄漏量超限，将会导致系统在开机状态下，空腔入堆压力高，损坏质子交换膜；关机状态下电堆无法实现密封，空气进入，严重损害电堆。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供一种燃料电池用节气门测试装置，包括进气单元、增湿单元、第一检测单元和第二检测单元；

所述进气单元用于输出干燥态的空气，并记录空气的预设温度及压力；

增湿单元：用于将待雾化的水加热至所述预设温度后，将雾化的水与所述干燥态的空气混合，增湿后的空气，且控制所述增湿后的空气满足预设的目标湿度并输出；

第一检测单元，设置于第一节气门的非进气测，将所述第一节气门控制为全关状态，接收来自所述增湿单元输出的满足预设的目标湿度的空气，通过所述第一检测单元对所述第一节气门的泄漏量的检测；

第二检测单元，设置于第二节气门的两侧，将所述第二节气门控制为全开状态，与第一节气门同步接收来自所述增湿单元输出的满足预设的目标湿度的空气，通过所述第二检测单元对所述第二节气门的流阻的检测。

优选的：所述进气单元包括空滤、第一流量计、膨胀机和中冷器，空气经空滤过滤及第一流量计测量空气流量值后，进入膨胀机的压轮端压缩，并经中冷器冷却至第一温度，并将满足所述预设温度和压力的干燥态的空气输出至所述增湿单元。

优选的：所述增湿单元包括：

温度传感器；

雾化腔；

增湿水箱，与所述雾化腔连接；

保温储水罐，与所述增湿水箱连接；

所述雾化腔的进气端设置有温度传感器，出气端设置有湿度传感器；

所述保温储水罐中的液态水流经单向阀至所述增湿水箱，通过所述增湿水箱对液态水的快速调温至预设温度，增湿水箱中的液态水通过喷雾水泵进行加压雾化后，在雾化腔内与干燥态的空气混合。

优选的：所述增湿水箱安装有加热器和散热器，所述加热器用于对所述增湿水箱中的水加热，所述散热器用于对所述增湿水箱中的水散热。

优选的：所述第一检测单元包括第二流量计，第二流量计设置于第一节气门的出口处对所述第一节气门的泄漏量的检测。

优选的：所述第二检测单元包括第一压力传感器和第二压力传感器，第一压力传感器设置于第二节气门的入口处，第二压力传感器设置于第二节气门的出口处，第一压力传感器和第二压力传感器对流经第二节气门的空气进行压力采集。

优选的：所述第一节气门与所述第二节气门共用进气管道，

在对泄漏量的检测的同时对流经的增湿后的空气进行压力采集并反馈至控制单元以获得压力差值对应的流阻。

优选的：还包括第一冷却回收单元，所述第一冷却回收单元用于输送冷却液对所述膨胀机冷却并将换热后的冷却液热能回收至保温储水罐。

优选的：还包括第二冷却回收单元，所述第二冷却回收单元用于输送冷却液对所述中冷切冷却并将换热后的冷却液热能回收至保温储水罐。

一种湿度调节方法，具体步骤包括如下：

S1、判断增湿水箱液位是否到达液位要求，若否，则单向阀开启，保温储水罐冷却液流入增湿水箱至液位要求；

若是，执行步骤S2；

S2、则加热器加热增湿水箱中冷却液；

S3、判断增湿水箱中冷却液温度是否等于中冷后空气温度，

若是，执行步骤S4；

若否，将增湿水箱中冷却液温度升温或降温至中冷后空气温度后，执行步骤S4；

S4、加热器与散热器停止工作，雾化水泵加压雾化，通过雾化喷嘴喷入雾化腔，判断雾化腔中空气湿度是否达到目标湿度，若否，执行步骤S5；若是，执行步骤S6；

S5、喷雾水泵增加泵水雾化量，并返回步骤S4；

S6、喷雾泵、雾化喷嘴保持雾化效果；

S7、判断测试台架是否停止运行，若否，则返回S1，若是，测试台架执行器件停止工作。

本发明的技术效果和优点：

1、本发明中，通过湿度调节方法，将雾化水汽与干燥的空气混合，实现控制湿度的调控，方便实现不同工况的测试。

2、本发明中，能够同步进行检测节气门的泄流量和流阻测量，不仅解决了现有针对两种测独立搭建两套测试装置分别测试，带来的测试耗时和成本投入较大的问题，其次本发明不仅在一个装置中同步实现两项测试，还能对每一项测试叠都能加测试条件使最终的测试结果更加精确。

3、本发明中，其不仅在一个装置中同步实现两种测试，还能对每一项测试叠都能加测试条件使最终的测试结果更加精确的同时，更进一步的还能够真实模拟系统实际工况的同时实现冷却液的余热利用，节省了测试过程的功耗。

附图说明

图1是本申请实施例提供的燃料电池用节气门测试装置的系统架构图；

图2是本申请实施例提供的测试装置的湿度调控流程图。

图中：1、空滤；2、第一流量计；3、膨胀机；31、压轮端；32、涡轮端；33、驱动电机；4、中冷器；5、雾化腔；6、增湿水箱；7、加热器；8、散热器；9、喷雾水泵；10、保温储水罐；11、排水阀；12、分水件；13、第一节气门；14、第二节气门；15、温度传感器；16、湿度传感器；17、第二流量计；18、第一压力传感器；19、第二压力传感器；20、单向阀。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。本发明的实施例是为了示例和描述起见而给出的，而并不是无遗漏的或者将本发明限于所公开的形式。很多修改和变化对于本领域的普通技术人员而言是显而易见的。选择和描述实施例是为了更好说明本发明的原理和实际应用，并且使本领域的普通技术人员能够理解本发明从而设计适于特定用途的带有各种修改的各种实施例。

请参阅图1所示，在本实施例中提供一种燃料电池用节气门测试装置，包括进气单元、增湿单元、第一检测单元和第二检测单元；所述进气单元用于输出干燥态的空气，并记录空气的预设温度及压力；增湿单元：用于将待雾化的水加热至所述预设温度后，将雾化的水与所述干燥态的空气混合，增湿后的空气，且控制所述增湿后的空气满足预设的目标湿度并输出；第一检测单元，设置于第一节气门13的非进气测，将所述第一节气门13控制为全关状态，接收来自所述增湿单元输出的满足预设的目标湿度的空气，通过所述第一检测单元对所述第一节气门13的泄漏量的检测。

第二检测单元，设置于第二节气门14的两侧，将所述第二节气门14控制为全开状态，与第一节气门13同步接收来自所述增湿单元输出的满足预设的目标湿度的空气，通过所述第二检测单元对所述第二节气门14的流阻的检测。

现有的检测装置，基于测试条件的限制，采用的测试仪和流量计进行测试，其测试模拟是较为单一的条件(温度或压力)，但是实际工况中，环境并非单一的，不仅包括，温度、压力，还包括湿度，及三者之间的互相影响。

在本实施例中，进气单元包括空滤1、第一流量计2、膨胀机3和中冷器4，膨胀机3包括压轮端31、涡轮端32和驱动电机33，空滤1通过管路连接空气第一流量计2，空气第一流量计2通过管路连接膨胀机3的压轮端31，压轮端31通过管路连接中冷器4，中冷器4连接温度传感器15。

具体的，空气经空滤1过滤及第一流量计2测量空气流量值后，进入膨胀机3的压轮端31压缩，并经中冷器4冷却至预设温度T1，并将满足所述预设温度和压力的干燥态的空气输出至所述增湿单元。

需要注意的是，预设温度T1的数值位于电堆正常工作时进气的温度范围内，能够真实模拟系统中第一节气门13和第二节气门14的实际工况。

在本实施例中，增湿单元包括雾化腔5、增湿水箱6、加热器7、散热器8、喷雾水泵9、保温储水罐10、湿度传感器16和单向阀20，保温储水罐10通过管路连接单向阀20，单向阀20通过管路连接增湿水箱6，增湿水箱6集成液位温度一体式传感器，增湿水箱6还安装有加热器7和散热器8，增湿水箱6通过管路连接喷雾水泵9，喷雾水泵9通过管路连接雾化腔5，雾化腔5内部集成雾化喷嘴，雾化腔5连接湿度传感器16。

在本实施例中，加热器7采用PTC式加热器，具有安全性高、节能环保和使用寿命长的优点。

具体的，保温储水罐10中的液态水流经单向阀20至增湿水箱6，增湿水箱6的加热器7和散热器8共同调节，实现对液态水的快速调温至温度T1，增湿水箱6中的液态水通过喷雾水泵9进行加压雾化后，在雾化腔5内与干燥的空气混合，实现空气增湿效果，通过增湿单元使得雾化水汽的温度与干燥的空气温度保持一致，避免雾化水汽吸收大量热量导致空气温度降低，进一步的，为了保证空气湿度满足系统要求，湿度传感器16采集增湿后空气的湿度，反馈至控制单元，用于实现空气湿度的闭环控制。

在本实施例中，所述第一检测单元包括第二流量计17，第二流量计17设置于第一节气门13的出口处对所述第一节气门13的泄漏量的检测。

在本实施例中，所述第二检测单元包括第一压力传感器18和第二压力传感器19，第一压力传感器18设置于第二节气门14的入口处，第二压力传感器19设置于第二节气门14的出口处，第一压力传感器18和第二压力传感器19对流经第二节气门14的空气进行压力采集，所述第一节气门13与所述第二节气门14共用进气管道，在对泄漏量的检测的同时对流经的增湿后的空气进行压力采集并反馈至控制单元以获得压力差值对应的流阻。

具体的，第一节气门13和第二节气门14通过管路并联雾化腔5，第一节气门13的出口处连接第二流量计17，第一节气门13的入口连接雾化腔5，第二节气门14的入口连接雾化腔5，第二节气门14的入口处设置第一压力传感器18，第二节气门14的出口连接分水件12，第二节气门14的出口处设置第二压力传感器19。

测试中，控制第一节气门13保持全关状态，通过第二流量计17实现泄漏量的测量，同时，第二节气门14保持全开状态，增湿后的空气经过第二节气门14流入和流出，通过第一压力传感器18采集入口的压力，第二压力传感器19采集出口的压力，反馈至控制单元中，做差求得流阻。

在本实施例中，回收单元包括分水件12，分水件12通过管路连接第二节气门14的出口，分水件12的一接口通过管路连接膨胀机3的涡轮端32，分水件12的另一接口通过管路连接保温储水罐10，流过第二节气门14的湿空气经分水件12实现气水分离，具有一定压力和温度的空气经涡轮端32实现能量的回收利用，具备一定温度的水回流至保温储水罐10，实现热能的回收。

在本实施例中，还包括第一冷却回收单元，所述第一冷却回收单元用于输送冷却液对所述膨胀机冷却并将换热后的冷却液热能回收至保温储水罐，

第一冷却回收单元包括保温储水罐10通过管路连接膨胀机3的冷却器入口，膨胀机3的冷却器出口通过管路连接保温储水罐10，冷却液从保温储水罐10流入膨胀机3的冷却器中，温度升高的冷却液回流至保温储水罐10，实现热能的回收。

在本实施例中，还包括第二冷却回收单元，所述第二冷却回收单元用于输送冷却液对所述中冷切冷却并将换热后的冷却液热能回收至保温储水罐10。

第二冷却回收单元包括保温储水罐10通过管路连接中冷器4的水冷器入口，中冷器4的水冷器出口通过管路连接保温储水罐10，冷却液从保温储水罐10流入中冷器4的冷却器中，温度升高的冷却液回流至保温储水罐10，实现热能的回收，进而节约增湿水箱6中加热器7的能耗。

在本实施例中，保温储水罐10设置有排水阀11，当测试装置长时间不使用时，通过排水阀11将留存在保温储水罐10中的冷却液排出，并回收储存，避免长期放置的冷却液清洁度无法满足零部件要求。

本发明的测试装置，能够真实模拟系统实际工况，可耦合空气温度、湿度、压力及流量，同时准确测试燃料电池节气门的泄流量和流阻，还可以实现空气湿度的调控，方便实现不同工况的测试，还实现冷却液的余热利用，节省了测试过程的功耗。

本发明还提供一种空气的湿度调节方法，具体步骤包括如下：

S1、判断增湿水箱液位是否到达液位要求，若否，则单向阀开启，保温储水罐冷却液流入增湿水箱至液位要求；

若是，执行步骤S2；

S2、则加热器加热增湿水箱中冷却液；

S3、判断增湿水箱中冷却液温度是否等于中冷后空气温度，

若是，执行步骤S4；

若否，将增湿水箱中冷却液温度升温或降温至中冷后空气温度后，执行步骤S4；

S4、加热器与散热器停止工作，雾化水泵加压雾化，通过雾化喷嘴喷入雾化腔，判断雾化腔中空气湿度是否达到目标湿度，若否，执行步骤S5；若是，执行步骤S6；

S5、喷雾水泵增加泵水雾化量，并返回步骤S4；

S6、喷雾泵、雾化喷嘴保持雾化效果；

S7、判断测试台架是否停止运行，若否，则返回S1，若是，测试台架执行器件停止工作。

具体的，判断增湿水箱液位是否到达液位要求，若否，则单向阀开启，保温储水罐冷却液流入增湿水箱至液位要求；若是，则加热器加热增湿水箱中冷却液，执行下一步；

判断增湿水箱中冷却液温度是否高于中冷后空气温度，若是，散热器工作，冷却液降温至中冷后空气温度；若否，判断冷却液温度是否低于中冷后空气温度；若否，执行下一步；若是，则加热器加热增湿水箱中冷却液。

加热器与散热器停止工作，雾化水泵加压雾化，通过雾化喷嘴喷入雾化腔，判断雾化腔中空气湿度是否达到目标湿度±2％rRh，若否，喷雾水泵增加泵水雾化量；若是，喷雾泵、雾化彭最保持雾化效果，并执行下一步；

判断测试台架是否停止运行，若否，则返回判断增湿水箱液位是否到达液位要求，若是，测试台架执行器件停止工作。

通过此湿度调节方法，将雾化水汽与干燥的空气混合，结合橡胶材质的特性，实现控制湿度的调控，方便实现不同工况的测试，通过增湿后空气检测节气门的泄流量和流阻测量，能够真实模拟系统实际工况，使得测试结果更加精确。

显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域及相关领域的普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应属于本发明保护的范围。本发明中未具体描述和解释说明的结构、装置以及操作方法，如无特别说明和限定，均按照本领域的常规手段进行实施。

Claims (10)

1.一种燃料电池用节气门测试装置，其特征在于，包括进气单元、增湿单元、第一检测单元和第二检测单元；

所述进气单元用于输出干燥态的空气，并记录空气的预设温度及压力；

增湿单元：用于将待雾化的水加热至所述预设温度后，将雾化的水与所述干燥态的空气混合，增湿后的空气，且控制所述增湿后的空气满足预设的目标湿度并输出；

第一检测单元，设置于第一节气门的非进气测，将所述第一节气门控制为全关状态，接收来自所述增湿单元输出的满足预设的目标湿度的空气，通过所述第一检测单元对所述第一节气门的泄漏量的检测；

第二检测单元，设置于第二节气门的两侧，将所述第二节气门控制为全开状态，与第一节气门同步接收来自所述增湿单元输出的满足预设的目标湿度的空气，通过所述第二检测单元对所述第二节气门的流阻的检测。

2.根据权利要求1所述的一种燃料电池用节气门测试装置，其特征在于，所述进气单元包括空滤、第一流量计、膨胀机和中冷器，空气经空滤过滤及第一流量计测量空气流量值后，进入膨胀机的压轮端压缩，并经中冷器冷却至第一温度，并将满足所述预设温度和压力的干燥态的空气输出至所述增湿单元。

3.根据权利要求1所述的一种燃料电池用节气门测试装置，其特征在于，所述增湿单元包括：

温度传感器；

雾化腔；

增湿水箱，与所述雾化腔连接；

保温储水罐，与所述增湿水箱连接；

所述雾化腔的进气端设置有温度传感器，出气端设置有湿度传感器；

所述保温储水罐中的液态水流经单向阀至所述增湿水箱，通过所述增湿水箱对液态水的快速调温至预设温度，增湿水箱中的液态水通过喷雾水泵进行加压雾化后，在雾化腔内与干燥态的空气混合。

4.根据权利要求3所述的一种燃料电池用节气门测试装置，所述增湿水箱安装有加热器和散热器，所述加热器用于对所述增湿水箱中的水加热，所述散热器用于对所述增湿水箱中的水散热。

5.根据权利要求1所述的一种燃料电池用节气门测试装置，其特征在于，所述第一检测单元包括第二流量计，第二流量计设置于第一节气门的出口处对所述第一节气门的泄漏量的检测。

6.根据权利要求5所述的一种燃料电池用节气门测试装置，其特征在于，所述第二检测单元包括第一压力传感器和第二压力传感器，第一压力传感器设置于第二节气门的入口处，第二压力传感器设置于第二节气门的出口处，第一压力传感器和第二压力传感器对流经第二节气门的空气进行压力采集。

7.根据权利要求6所述的一种燃料电池用节气门测试装置，其特征在于，所述第一节气门与所述第二节气门共用进气管道，

在对泄漏量的检测的同时对流经的增湿后的空气进行压力采集并反馈至控制单元以获得压力差值对应的流阻。

8.根据权利要求1所述的一种燃料电池用节气门测试装置，其特征在于，还包括第一冷却回收单元，所述第一冷却回收单元用于输送冷却液对所述膨胀机冷却并将换热后的冷却液热能回收至保温储水罐。

9.根据权利要求1所述的一种燃料电池用节气门测试装置，其特征在于，还包括第二冷却回收单元，所述第二冷却回收单元用于输送冷却液对所述中冷切冷却并将换热后的冷却液热能回收至保温储水罐。

10.一种湿度调节方法，其特征在于，应用于权利要求1-9任一项所述的燃料电池用节气门测试装置中，具体步骤包括如下：

S1、判断增湿水箱液位是否到达液位要求，若否，则单向阀开启，保温储水罐冷却液流入增湿水箱至液位要求；

若是，执行步骤S2；

S2、则加热器加热增湿水箱中冷却液；

S3、判断增湿水箱中冷却液温度是否等于中冷后空气温度，

若是，执行步骤S4；

若否，将增湿水箱中冷却液温度升温或降温至中冷后空气温度后，执行步骤S4；

S4、加热器与散热器停止工作，雾化水泵加压雾化，通过雾化喷嘴喷入雾化腔，判断雾化腔中空气湿度是否达到目标湿度，若否，执行步骤S5；若是，执行步骤S6；

S5、喷雾水泵增加泵水雾化量，并返回步骤S4；

S6、喷雾泵、雾化喷嘴保持雾化效果；

S7、判断测试台架是否停止运行，若否，则返回S1，若是，测试台架执行器件停止工作。