CN209607850U - 一种燃料电池氢气循环泵的压力波动测试装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种燃料电池氢气循环泵的压力波动测试装置，包括按气流方向依次连接的比例阀、安全阀、阻力模拟器、流量控制器，所述阻力模拟器的输出端还与循环泵的输入端连接，所述循环泵的输出端通过压力缓冲容腔连接阻力模拟器的输入端；所述阻力模拟器的输入端和循环泵的输入端分别接有第一压力传感器和第二压力传感器。与现有技术相比，本实用新型利用阻力模拟器和流量控制器模拟电堆，阻力模拟装器用来模拟电堆阳极通道的压降，流量控制器可通过试验过程中的工况设定将实验气体排出到外界环境，以此来模拟氢气燃料的消耗，模拟精度高，结构简单。

Description

一种燃料电池氢气循环泵的压力波动测试装置

技术领域

本实用新型涉及燃料电池技术领域，尤其是涉及一种燃料电池氢气循环泵的压力波动测试装置。

背景技术

在燃料电池运行过程中，压力对燃料电池性能的影响很大。燃料气体压力的升高使得反应气分压，气体溶解度以及物质传递速度都增大，从而使电池的性能得到提高，如果压力出现波动，也会对燃料电池的性能产生较大影响，最直接的影响就是燃料电池单片一致性较差。

在燃料电池发动机系统运行过程中，常用氢气循环泵将电堆出口的氢气输送到电堆进口处，以此提高氢气利用率。而在实际的系统运行中，循环泵的高速运转会引起其出口侧压力的波动。循环泵出口压力的波动会影响燃料电池电堆进口压力的稳定，使电堆进口压力工作在不稳定的区间，影响了燃料电池的性能。目前缺少能够有效测试循环泵的压力波动的装置。

实用新型内容

本实用新型的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种燃料电池氢气循环泵的压力波动测试装置。

本实用新型的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种燃料电池氢气循环泵的压力波动测试装置，包括按气流方向依次连接的比例阀、安全阀、阻力模拟器、流量控制器，所述阻力模拟器的输出端还与循环泵的输入端连接，所述循环泵的输出端通过压力缓冲容腔连接阻力模拟器的输入端；所述阻力模拟器的输入端和循环泵的输入端分别接有第一压力传感器和第二压力传感器。

优选的，所述压力缓冲容腔与循环泵的输出端之间设有第一截止阀；所述循环泵的输出端还通过第二截止阀直接连接阻力模拟器的输入端。

优选的，所述比例阀的输入端接有氮气进气装置。

优选的，所述氮气进气装置的氮气温度为25～30℃。

优选的，所述第一压力传感器具体设置在压力缓冲容腔的输出端与阻力模拟器的输入端之间。

优选的，所述安全阀的开启压力为200±5kPa。

优选的，所述比例阀的压力设定范围为100～200kPa。

与现有技术相比，本实用新型具有以下优点：

1、利用阻力模拟器和流量控制器模拟电堆，阻力模拟装器通过调节内部的kv值来模拟电堆阳极通道的压降，流量控制器可通过试验过程中的工况设定将实验气体排出到外界环境，以此来模拟氢气燃料的消耗，模拟精度高，结构简单。

2、循环泵出口增加压力缓冲容腔，能有效抑制循环泵脉冲导致其出口的压力的波动，实现燃料电池氢气循环泵压力抑制过程的稳定性测试。

3、实现在离线情况下对氢气子系统进行测试，适用性强，使用方便。

附图说明

图1为本实用新型装置在比例阀工作情况下用到压力缓冲装置的测试原理图；

图2为本实用新型装置在比例阀不工作情况下用到压力缓冲装置的测试原理图；

图3为本实用新型装置在比例阀工作情况下未用到压力缓冲装置的测试原理图；

图4为本实用新型装置在比例阀不工作情况下未用到压力缓冲装置的测试原理图；

图5为实施例一中第一压力传感器、第二压力传感器、循环泵转速随时间的变化关系；

图6为实施例二中第一压力传感器、循环泵转速随时间的变化关系；

图7为实施例三中第一压力传感器、第二压力传感器、循环泵转速随时间的变化关系；

图8为实施例四中第一压力传感器、循环泵转速随时间的变化关系。

图中标注：1、比例阀，2、安全阀，3、阻力模拟器，4、流量控制器，5、循环泵，6、压力缓冲容腔，7、第一压力传感器，8、第二压力传感器。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本实用新型进行详细说明。本实施例以本实用新型技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本实用新型的保护范围不限于下述的实施例。

如图1所示，本申请提出一种燃料电池氢气循环泵的压力波动测试装置，包括按气流方向依次连接的比例阀1、安全阀2、阻力模拟器3、流量控制器4，阻力模拟器3的输出端还与循环泵5的输入端连接，循环泵5的输出端通过压力缓冲容腔6连接阻力模拟器3的输入端。阻力模拟器3的输入端和循环泵5的输入端分别接有第一压力传感器7和第二压力传感器8。

本装置测试管路中的阻力模拟器3、流量控制器4组成电堆模拟模块。阻力模拟器3可采用压力缓冲罐，用来模拟实际系统中电堆阳极通道的压降；流量控制器4模拟实际系统中电堆的氢气燃料消耗。

第一压力传感器7具体设置在压力缓冲容腔6的输出端与阻力模拟器3的输入端之间。

试验气体通过比例阀1进行压力控制，后端连接安全阀2，防止压力过高出现危险，随后连接压力传感器，紧接着连接电堆模拟模块用于模拟燃料电池电堆以及电堆燃料消耗。本装置中，循环泵5将阻力模拟器3出口的试验气体循环到第一压力传感器7的前端，用来提高试验气体的利用率，在循环泵5出口处连接压力缓冲容腔6，能有效抑制其脉冲导致压力波动现象。安全阀2优选的开启压力为200±5kPa。比例阀1的压力设定范围为100～200kPa。

试验气体介质可以为氮气或空气，为了保证试验气体的洁净程度，优选为氮气，因此比例阀1的输入端接有氮气进气装置。试验气体介质温度可以为0～50℃，优选为25～30℃。

上述测试装置的测试方法包括以下步骤：

S1、用氮气对整个测试装置进行保压试验：将通入测试装置的氮气压力设定为50kPa，压力稳定后停止进气，保持20分钟后记录压力值，要求压力下降到不低于15Kpa为保压合格，保压合格后进入下一步骤；

S2、调节测试装置中的氮气压力，使其与实际系统中氢气高压压力保持一致；

S3、调节循环泵5参数与实际系统中一致；

S4、根据实际系统中循环泵5的工况点进行测试。

测试完成后，关闭气源与电源，对测试数据进行分析。

下面通过四个实施例的测试实验说明本申请提供的测试装置和方法对循环泵5出口处压力波动抑制的效果。

实施例一

本实施例中测试过程包括：

(1)在氢气子系统测试平台上对测试装置的管路进行连接，试验气体通过比例阀1进行调控压力，后端连接安全阀2，防止压力过高出现危险，随后连接第一压力传感器，紧接着连接电堆模拟模块用来模拟燃料电池电堆以及电堆燃料消耗。循环泵5入口接入电堆模拟模块，出口处连接压力缓冲容腔6，压力缓冲容腔6出口连接于安全阀2和第一压力传感器7之间，如图1所示。

(2)随后进行保压试验，通过比例阀1对第一压力传感器7的读数设定为50Kpa(表压)，待压力读数稳定后，关闭进气装置的进气阀，保持20min，记录压力值，要求压力值不低于15kPa。

(3)设定循环泵5转速5000rpm，并使能循环泵5，通过比例阀1设定进气压力为150kPa(通过第一压力传感器7进行反馈)，同时设置流量控制器4的流量为1501L/min，用来模拟电堆燃料消耗(以上数据均选取实际系统中的工况点)。

(4)记录第一压力传感器7、第二压力传感器8、循环泵5转速随时间的变化关系曲线，如图5所示。

实施例二

本实施例中测试过程包括：

(1)在氢气子系统测试平台上对测试装置的管路进行连接，试验气体通过比例阀1进行调控压力，后端连接安全阀2，防止压力过高出现危险，随后连接压力传感器，紧接着连接电堆模拟模块用来模拟燃料电池电堆以及电堆燃料消耗。循环泵5入口接入电堆模拟模块，出口处连接压力缓冲容腔6，压力缓冲容腔6出口连接于安全阀2和第一压力传感器7之间。

(2)随后进行保压试验，通过比例阀1对第一压力传感器7的读数设定为50Kpa(表压)，待压力读数稳定后，关闭进气装置的进气阀，保持20min，记录压力值，要求压力值不低于15kPa。

(3)断开循环泵5入口与电堆模拟模块的连接，并与大气直接连接进行测试，如图2所示，此时比例阀1开度设置为0，为关闭状态，循环泵5转速依次设置为3500rpm、4000rpm、4500rpm。

(4)记录不同转速下第一压力传感器7随时间的变化关系曲线，如图6所示。

实施例三

本实施例中测试过程包括：

(1)在氢气子系统测试平台上对测试装置的管路进行连接，试验气体通过比例阀1进行调控压力，后端连接安全阀2，防止压力过高出现危险，随后连接压力传感器，紧接着连接电堆模拟模块用来模拟燃料电池电堆以及电堆燃料消耗。循环泵5入口接入电堆模拟模块，出口处直接连接于安全阀2和第一压力传感器7之间，如图3所示。

(2)随后进行保压试验，通过比例阀1对第一压力传感器7的读数设定为50Kpa(表压)，待压力读数稳定后，关闭进气装置的进气阀，保持20min，记录压力值，要求压力值不低于15kPa。

(3)设定循环泵5转速5000rpm，并使能循环泵5，通过比例阀1设定进气压力为150kPa，同时设置流量控制器4的流量为1501L/min，用来模拟电堆燃料消耗，与实施例一的参数设置一致。

(4)记录第一压力传感器7、第二压力传感器8、循环泵5转速随时间的变化关系曲线，如图7所示。

实施例四

本实施例中测试过程包括：

(1)在氢气子系统测试平台上对测试装置的管路进行连接，试验气体通过比例阀1进行调控压力，后端连接安全阀2，防止压力过高出现危险，随后连接压力传感器，紧接着连接电堆模拟模块用来模拟燃料电池电堆以及电堆燃料消耗。循环泵5入口接入电堆模拟模块，出口处直接连接于安全阀2和第一压力传感器7之间。

(2)随后进行保压试验，通过比例阀1对第一压力传感器7的读数设定为50Kpa(表压)，待压力读数稳定后，关闭进气装置的进气阀，保持20min，记录压力值，要求压力值不低于15kPa。

(3)断开循环泵5入口与电堆模拟模块的连接，并与大气直接连接进行测试，如图4所示，此时比例阀1开度设置为0，为关闭状态，循环泵5转速依次设置为3500rpm、4000rpm、4500rpm。

(4)记录不同转速下第一压力传感器7随时间的变化关系曲线，如图8所示。

实际情况下可以在本测试装置的压力缓冲容腔6与循环泵5的输出端之间设置第一截止阀，在循环泵5的输出端再另设一路通过第二截止阀直接连接阻力模拟器3的输入端。则可以通过控制第一截止阀和第二截止阀的开闭，选择循环泵5的输出端是否接入压力缓冲容腔6，从而方便实现上述四个实施例的试验。

对比图5、图7可知，在测试管路连接相同且比例阀1工作模式相同的情况下，在循环泵5出口处加入压力缓冲容腔6有效减缓了循环泵5出口处压力的波动情况。

对比图6、图8可知，在测试管路连接相同且比例阀1均不工作的情况下，在循环泵5出口处加入压力缓冲容腔6同样有效减缓了循环泵5出口处压力的波动情况。

通过上述实施例，说明采用本申请的测试装置和方法：(1)能在离线情况下，利用仿电堆模块充分模拟实际系统中电堆的压降与氢气流量消耗，让试验结果更具说服性；(2)压力缓冲容腔6能抑制循环泵5脉冲导致压力不稳的不利因素对试验结果的影响，对循环泵5Map图测试结果更准确；(3)对实际系统的设计具有一定的指导意义。

Claims (7)

1.一种燃料电池氢气循环泵的压力波动测试装置，其特征在于，包括按气流方向依次连接的比例阀、安全阀、阻力模拟器、流量控制器，所述阻力模拟器的输出端还与循环泵的输入端连接，所述循环泵的输出端通过压力缓冲容腔连接阻力模拟器的输入端；所述阻力模拟器的输入端和循环泵的输入端分别接有第一压力传感器和第二压力传感器。

2.根据权利要求1所述的一种燃料电池氢气循环泵的压力波动测试装置，其特征在于，所述压力缓冲容腔与循环泵的输出端之间设有第一截止阀；所述循环泵的输出端还通过第二截止阀直接连接阻力模拟器的输入端。

3.根据权利要求1所述的一种燃料电池氢气循环泵的压力波动测试装置，其特征在于，所述比例阀的输入端接有氮气进气装置。

4.根据权利要求3所述的一种燃料电池氢气循环泵的压力波动测试装置，其特征在于，所述氮气进气装置的氮气温度为25～30℃。

5.根据权利要求1所述的一种燃料电池氢气循环泵的压力波动测试装置，其特征在于，所述第一压力传感器具体设置在所述压力缓冲容腔的输出端与阻力模拟器的输入端之间。

6.根据权利要求1所述的一种燃料电池氢气循环泵的压力波动测试装置，其特征在于，所述安全阀的开启压力为200±5kPa。

7.根据权利要求1所述的一种燃料电池氢气循环泵的压力波动测试装置，其特征在于，所述比例阀的压力设定范围为100～200kPa。