CN210108691U - 氢燃料电池供气设备的测试平台 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种氢燃料电池供气设备的测试平台，该测试平台包括进气系统、出气系统、控制处理系统、冷却系统、电源和空压机，进气系统包括空气过滤器和第一采集单元，空气过滤器与空压机连接；出气系统包括第二采集单元、中冷器、第三采集单元和电子节气门，中冷器与空压机连接，电子节气门与中冷器连接；控制处理系统分别与进气系统、出气系统和冷却系统通信连接；冷却系统用于对空压机和中冷器降温；电源分别对进气系统、出气系统、控制处理系统和冷却系统供电。本实用新型有利于测试供气设备中的各个部件在实际工况下的性能。

Description

氢燃料电池供气设备的测试平台

技术领域

本实用新型涉及燃料电池领域，具体涉及一种氢燃料电池供气设备的测试平台。

背景技术

质子交换膜燃料电池(PEMFC)具有能量转换效率高、工作温度低、零污染、能量密度高、启动迅速等优点，是一种高效、环境友好的新能源发电装置。但是其关键辅助系统零部件空压机的性能成为燃料电池发展的瓶颈，严重制约着大功率燃料电池发动机的发展。

现有的燃料电池供气设备包括空气过滤器、空压机和中冷器，现有的检测方式一般各个部件分开，检测功能均较为单一，无法在实际工况下对各个部件进行检测，从而可能导致检测的结果不精准。

实用新型内容

本实用新型的主要目的在于提供一种氢燃料电池供气设备的测试平台，旨在解决现有技术中无法在实际工况下对供气设备进行检测的技术问题。

为解决上述技术问题，本实用新型提出一种氢燃料电池供气设备的测试平台，该测试平台包括进气系统、出气系统、控制处理系统、冷却系统、电源和空压机，所述进气系统包括空气过滤器和第一采集单元，所述空气过滤器的出气端与所述空压机的进气端连接，所述第一采集单元用于采集所述空气过滤器输出的空气的温度、流量和压强中的至少一种数据；所述出气系统包括第二采集单元、中冷器、第三采集单元和电子节气门，所述第二采集单元用于采集输入所述中冷器的空气的温度、流量和压强中的至少一种数据，所述中冷器的进气端与所述空压机的出气端连接，所述第三采集单元用于采集所述中冷器输出的空气的温度、流量和压强中的至少一种数据，所述电子节气门的进气端与所述中冷器的出气端连接；所述控制处理系统包括功率分析仪和数据处理器，所述功率分析仪与所述空压机电连接，所述数据处理器分别与所述第一采集单元、第二采集单元、第三采集单元、空压机、功率分析仪和电子节气门通信连接；所述冷却系统用于对所述空压机和中冷器降温；所述电源分别对所述进气系统、出气系统、控制处理系统和冷却系统供电。

优选地，所述第一采集单元包括第一空气流量计、第一空气温度传感器和第一空气压力传感器，所述第一采集单元用于采集所述空气过滤器输出的空气的温度、流量和压强数据。

优选地，所述第二采集单元包括第二空气温度传感器和第二空气压力传感器，所述第二采集单元用于采集所述空压机输出的空气的温度和压强数据。

优选地，所述第三采集单元包括第二空气流量计和第三空气温度传感器和第三空气压力传感器，所述第三采集单元用于采集所述中冷器输出的空气的温度和压强数据。

优选地，还包括与所述电子节气门的出气端连接的消音器。

优选地，所述冷却系统包括储水箱、水泵、散热器和液体过滤器，所述储水箱的出水端与所述水泵的进水端连接，所述水泵的出水端与所述散热器的进水端连接，所述散热器的出水端与所述液体过滤器的进水端连接，所述液体过滤器的出水端分别与所述空压机的进水端和中冷器的进水端连接，所述空压机的出水端与所述储水箱的进水端连接，所述中冷器的出水端与所述储水箱连通。

优选地，还包括均与所述数据处理器通讯连接的第四采集单元、第五采集单元、第六采集单元和第七采集单元，所述第四采集单元位于所述水泵的出水端，所述第四采集单元包括第一液体流量计；所述第五采集单元位于所述过滤器的出水端，所述第五采集单元包括第一液体温度传感器和第一液体压力传感器；所述第六采集单元位于所述中冷器的进水端，所述第六采集单元包括第二液体流量计、第二液体温度传感器和第二液体压力传感器；所述第七采集单元位于所述中冷器的出水端，所述第七采集单元包括第三液体温度传感器和第三液体压力传感器。

优选地，还包括设置在所述液体过滤器的出水端的球阀。

本实用新型实施例中提供的氢燃料电池供气设备的测试平台，通过将空气过滤器、空压机、中冷器和电子节气门整体式设置，利用数据处理器对进气系统、出气系统以及冷却系统进行调节，模拟供气设备中的各个部件在实际工况中的运行状态。相对现有技术而言，本实用新型有利于测试供气设备中的各个部件在实际工况下的性能。

附图说明

图1为本实用新型测试平台中一实施例的功能模块示意图；

图2为本实用新型测试平台中一实施例的整体电气原理示意图；

图3为图2中进气系统的电气原理示意图；

图4为图2中出气系统的电气原理示意图；

图5为图2中冷却系统的电气原理示意图。

具体实施方式

下面详细描述本实用新型的实施例，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，旨在用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制，基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

本实用新型提出一种氢燃料电池供气设备的测试平台，用于对空压机600进行测试，如图1和图2所示，该氢燃料电池供气设备的测试平台包括进气系统100、出气系统200、控制处理系统300、冷却系统400和电源500。所述进气系统100包括空气过滤器110和第一采集单元120，所述空气过滤器110的出气端与所述空压机600的进气端连接，所述第一采集单元120用于采集所述空气过滤器110输出的空气的温度、流量和压强中的至少一种数据。所述出气系统200包括第二采集单元210、中冷器220、第三采集单元230和电子节气门240，所述第二采集单元210用于采集输入所述中冷器220的空气的温度、流量和压强中的至少一种数据，所述中冷器220的进气端与所述空压机600的出气端连接，所述第三采集单元230用于采集所述中冷器220输出的空气的温度、流量和压强中的至少一种数据，所述电子节气门240的进气端与所述中冷器220的出气端连接。所述控制处理系统300包括功率分析仪310和数据处理器，所述功率分析仪310与所述空压机600电连接，所述数据处理器分别所述第一采集单元120、第二采集单元210、第三采集单元230、空压机600、功率分析仪310和电子节气门240通信连接。所述冷却系统400用于对所述空压机600和中冷器220降温。所述电源500分别对所述进气系统100、出气系统200、控制处理系统300和冷却系统400供电。

如图1和图2所示，本实施例中，为了方便氢燃料电池供气设备的测试平台的实际运行，还可以包括安装架，进气系统100、出气系统200、控制处理系统300、冷却系统400和电源500均通过快拆结构设置在安装架上，从而方便更换不同型号的部件。其中空气过滤器110与空压机600的连接方式、中冷器220与空压机600的连接方式、电子节气门240与中冷器220的连接的方式可通过导气管连接，导气管可以为金属材料制作，也可采用橡胶材料制作。本实施例中优选采用橡胶材料制作，从而有利于测试不同空压机600时方便空压机600的拆装。为了方便导气管与空压机600快拆连接，可通过喉箍对导气管进行固定。空气过滤器110对空气进行过滤，以有利于保护燃料电池。由于空压机600对空气压缩会使空气的温度升高，中冷器220可对空压机600输出的空气进行降温，从而使空气符合燃料电池要求。电子节气门240可控制输出控制的流量大小，以方便根据实际情况改变输入燃料电池内空气的流量大小。第一采集单元120、第二采集单元210和第三采集单元230均选用相适配型号的传感器，以方便对相应数据进行采集。数据处理器即可采用燃料电池控制器(FCU)的形式，当然也可以是单独设置相应的处理器。通过数据处理器收集第一采集单元120、第二采集单元210、第三采集单元230和功率分析仪310的数据并制作相应的特征曲线，并与数据处理器内预设的标准曲线相对比，如空气过滤器110、空压机600和中冷器220等部件在同一条件下，特征曲线的数据与标准曲线的数据的差值位于预设范围内，即可判断该部件为合格产品，反之则为不合格产品。其中，标准曲线为根据燃料电池的性能生成的曲线。同时，为了方便对数据处理器进行控制以及显示相应数据，还可设置与数据处理器通信连接的控制电脑。同时为了方便实际模拟空压机600在燃料电池升载和降载的过程中需求的空气流量和压强大小不一致，还可以通过数据处理器控制空压机600循环模拟不同时段输出的空气的流量大小，从而能进一步的测试空压机600的性能。冷却系统400可以是风冷系统，也可以是水冷系统，从而方便对空压机600和中冷器220进行降温。电源500的供电方式可以是通过一个单独电源同时直接对上述用电部件进行供电，也可以是分为高压电源和低压电源分别对不同类型的用电部件进行供电。电源500可以是自备移动电源，也可以是直接为室内插座。

其中空压机600的测试方法中可以包含测试空压机的流量、压比、功率、温升、效率以及转速(空压机600内的控制器可以检测转速)等参数生成不同的特性曲线。可根据特性曲线生成空压机600的map图，通过与空压机600的标准map图相比较是否一致。此外，还可利用第二采集单元210采集的数据生成空压机600的流量-压强特征曲线，并根据该流量-压力特征曲线与燃料电池的需求对比，从而判断该空压机600是否符合要求。

其中中冷器220的测试方法可以是给定预设值的空气流量，预设值的冷却水流量，数据处理器采集中冷器220输出的空气温度并根据该温度数据与标准数据对比以判断中冷器220的散热性能，还可以调节不同的流量参数去测试中冷器220在不同工况下的散热性能。

其中电子节气门240的测试方法可以是，通过数据处理器控制电子节气门240的开度，人工查看开度是否正常，反馈的开度和实际控制的开度是否一致，能否在开关范围内自由调节。当然，还可以是通过传感器检测电子节气门240的开度。

其中，为了方便中冷器220输出的空气符合燃料电池的要求，还可以在电子节气门240的出气端上设置增湿器，以方便对输入燃料电池的空气进行增湿。此时，即可在增湿器的进气端和出气端分别设置湿度传感器，从而方便检测增湿器的性能。

如图3所示，第一采集单元120包括位于空气过滤器110的出气端的导气管上的第一空气流量计121、第一空气温度传感器122和第一空气压力传感器123，以方便采集输入空压机内的空气流量以及输入空压机前空气的流量、温度和压强数据。第一空气流量计121、第一空气温度传感器122和第一空气压力传感器123的具体型号可以根据实际情况进行选择，在此不做详细说明。当然,还可采集输入空气过滤器110的空气数据,采集的空气数据可包括流量、温度和压强，从而可方便检测空气过滤器110的性能。

如图4所示，第二采集单元210包括位于中冷器220的进气端的导气管上的第二空气温度传感器211和第二空气压力传感器212，以方便采集空压机600输出的空气的温度和压强数据。第二空气温度传感器211和第二空气压力传感器212的具体型号可以根据实际情况进行选择，在此不做详细说明。

如图4所示，第三采集单元230包括位于中冷器220的出气端的导气管上的第二空气流量计231、第三空气温度传感器232和第三空气压强传感器233，以方便采集中冷器220输出的空气的流量、温度和压强数据。第二空气流量计231、第三空气温度传感器232和第三空气压强传感器233的具体型号可以根据实际情况进行选择，其中，第三空气温度传感器232和第三空气压强传感器233优选采用温压一体传感器，在此不做详细说明。

如图4所示，位于电子节气门240的出气端还可以设置有消音器250，以方便消除输入燃料电池的空气的噪音，从而有利于提高燃料电池的使用寿命。消音器250的测试方法可以是，给定预设值的空气流量，在预设距离外可以用噪声检测仪测试，看噪音能否降低到要求的分贝之下。当然，还可以是在消音器250的出气端设置炭精粉电阻式音频传感器，从而方便检测消音器250的性能。此时，消音器250的出气端可与相应的燃料电池相连接，从而形成完整的系统，也可直接排出空气，只利用数据处理器内设置的数据模拟工况。

如图5所示，为了方便对空压机600和中冷器220等部件进行降温，冷却系统400优选采用水冷的形式进行布置，冷却系统400包括储水箱410、水泵420、散热器430和液体过滤器440。储水箱410、水泵420、散热器430和液体过滤器440依次通过导水管连通，液体过滤器440的出水端分别与中冷器220的进水端连接和空压机600的进水端连接。中冷器220的出水端与储水箱410的出水端连接，当然，中冷器220的出水端还可以是直接与水泵420的进水端连接。空压机600的出水端与储水箱410的进水端连接，冷却系统400还可同时对空压机600内的控制器进行降温。储水箱410优选采用膨胀水箱，方便适应存储的冷却水的温度变化。水泵420的驱动电机优选采用伺服电机，从而有利于控制水泵420输出冷却水的流量大小。散热器430用于对通过的冷却水降温，具体的布置形式可以是散热器430包括散热本体和散热风扇，利用散热本体的表面对冷却水进行降温，散热器本体的散热表面的大小可以根据实际情况进行选择，同时利用散热风扇加强空气的流通从而增加散热效率，通过控制散热风扇的转速即可控制冷却水的温度。液体过滤器440优选采用Y型过滤器，可对进入空压机600和中冷器220内的冷却水进行过滤，从而有利于防止冷却水中的杂质进入空压机600和中冷器220，从而损坏空压机600和中冷器220。同时为了方便对不同空压机600进行测试，连接空压机600进水端和出水端的导水管上均设置有球阀490，以方便拆卸空压机600时防止冷却水流出。当然，为了方便测试冷却系统400中的部件或中冷器220的性能，也可在相应部件的进水端和出水端的导水管上设置球阀490。

如图5所示，其中，为了方便采集冷却水的数据，还设置有第四采集单元450、第五采集单元460、第六采集单元470和第七采集单元480。第四采集单元450包括位于水泵420的出水端的导水管上的第一液体流量计451，以方便采集水泵420输出的冷却水的流量数据，从而方便检测水泵420的性能。第五采集单元460包括位于液体过滤器440的出水端的导水管上的第一液体温度传感器461和第一液体压力传感器462，以方便采集散热器430输出的冷却水的温度和压强数据。当然，为了测试散热器430的性能，还可在散热器430的进水端的导水管上设置第五采集单元460，以方便采集输入散热器430的冷却水的温度和压强数据，从而通过前后的数据进行对比即可检测散热器430的性能。第六采集单元470包括位于中冷器220的进水端的导水管上的第二液体流量计471、第二液体温度传感器472和第二液体压力传感器473，以方便采集进入中冷器220的冷却水的流量、温度和压强数据。第七采集单元480包括位于中冷器220的出水端的导水管上的第三液体温度传感器481和第三液体压力传感器482，以方便采集中冷器220出水端的冷却水的温度和压强数据，利用第六采集单元470与第七采集单元480的数据进行对比即可检测中冷器220的散热性能。同时，为了检测空压机600的散热性能，还可在空压机600的进水端和出水端分别设置一个第八检测单元，第八采集单元包括第四液体温度传感器和第四液体压力传感器，从而方便检测空压机600进水端和出水端的温度和压强数据，从而通过两个第八采集单元采集的数据进行对比即可检测空压机600的散热性能。其中第四采集单元450、第五采集单元460、第六采集单元470、第七采集单元480和第八采集单元采集的数据均可传输给数据处理器，通过数据处理器生成实时曲线，并与数据处理器内预设的标准曲线相对比即可判断冷却系统400内相应部件的性能。

其中水泵420的测试方法可以是，首先关闭球阀490，从而使冷却水从中冷器220内流动，通过冷却系统400中各个采集单元采集的数据生成水泵420的特征曲线(计算时可加上散热器和液体过滤器的阻力降)，该特征曲线包括流量-扬程曲线、流量-轴功率曲线和流量-效率曲线，并通过上述曲线与标准曲线对比即可判断水泵420的性能。

本实用新型实施例中，通过将空气过滤器110、空压机600、中冷器220和电子节气门240整体式设置，利用控制处理系统300对进气系统100、出气系统200以及冷却系统400进行调节，有利于模拟供气设备中各个部件在实际工况下的运行状态，从而有利于测试供气设备中各个部件在实际工况下的性能。

以上的仅为本实用新型的部分或优选实施例，无论是文字还是附图都不能因此限制本实用新型保护的范围，凡是在与本实用新型一个整体的构思下，利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本实用新型保护的范围内。

Claims (8)

1.一种氢燃料电池供气设备的测试平台，其特征在于，包括进气系统、出气系统、控制处理系统、冷却系统、电源和空压机，所述进气系统包括空气过滤器和第一采集单元，所述空气过滤器的出气端与所述空压机的进气端连接，所述第一采集单元用于采集所述空气过滤器输出的空气的温度、流量和压强中的至少一种数据；所述出气系统包括第二采集单元、中冷器、第三采集单元和电子节气门，所述第二采集单元用于采集输入所述中冷器的空气的温度、流量和压强中的至少一种数据，所述中冷器的进气端与所述空压机的出气端连接，所述第三采集单元用于采集所述中冷器输出的空气的温度、流量和压强中的至少一种数据，所述电子节气门的进气端与所述中冷器的出气端连接；所述控制处理系统包括功率分析仪和数据处理器，所述功率分析仪与所述空压机电连接，所述数据处理器分别与所述第一采集单元、第二采集单元、第三采集单元、空压机、功率分析仪和电子节气门通信连接；所述冷却系统用于对所述空压机和中冷器降温；所述电源分别对所述进气系统、出气系统、控制处理系统和冷却系统供电。

2.根据权利要求1所述的测试平台，其特征在于，所述第一采集单元包括第一空气流量计、第一空气温度传感器和第一空气压力传感器，所述第一采集单元用于采集所述空气过滤器输出的空气的温度、流量和压强数据。

3.根据权利要求1所述的测试平台，其特征在于，所述第二采集单元包括第二空气温度传感器和第二空气压力传感器，所述第二采集单元用于采集所述空压机输出的空气的温度和压强数据。

4.根据权利要求1所述的测试平台，其特征在于，所述第三采集单元包括第二空气流量计和第三空气温度传感器和第三空气压力传感器，所述第三采集单元用于采集所述中冷器输出的空气的温度和压强数据。

5.根据权利要求1所述的测试平台，其特征在于，还包括与所述电子节气门的出气端连接的消音器。

6.根据权利要求1所述的测试平台，其特征在于，所述冷却系统包括储水箱、水泵、散热器和液体过滤器，所述储水箱的出水端与所述水泵的进水端连接，所述水泵的出水端与所述散热器的进水端连接，所述散热器的出水端与所述液体过滤器的进水端连接，所述液体过滤器的出水端分别与所述空压机的进水端和中冷器的进水端连接，所述空压机的出水端与所述储水箱的进水端连接，所述中冷器的出水端与所述储水箱连通。

7.根据权利要求6所述的测试平台，其特征在于，还包括均与所述数据处理器通讯连接的第四采集单元、第五采集单元、第六采集单元和第七采集单元，所述第四采集单元位于所述水泵的出水端，所述第四采集单元包括第一液体流量计；所述第五采集单元位于所述过滤器的出水端，所述第五采集单元包括第一液体温度传感器和第一液体压力传感器；所述第六采集单元位于所述中冷器的进水端，所述第六采集单元包括第二液体流量计、第二液体温度传感器和第二液体压力传感器；所述第七采集单元位于所述中冷器的出水端，所述第七采集单元包括第三液体温度传感器和第三液体压力传感器。

8.根据权利要求6所述的测试平台，其特征在于，还包括设置在所述液体过滤器的出水端的球阀。

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