CN211978313U - 一种燃料电池供气系统零部件测试台架 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种燃料电池供气系统零部件测试台架，包括空气供给系统、氢气模拟供给系统和辅助散热系统；空气供给系统中用储气罐替代燃料电池系统中的电堆；氢气模拟供给系统中采用氢气循环泵与引射器并联的方式；辅助散热系统主要给空压机和中冷器进行冷却降温。本实用新型通过电磁四通阀实现空气供给系统、氢气模拟供给系统并联路进行快速切换，以检测对应部件的性能情况；用储气罐替代电堆，可以减少气路吹气对电堆的损害；此外，氢气路零部件也借用空压机压缩的空气进行测试。

Description

一种燃料电池供气系统零部件测试台架

技术领域

本实用新型属于燃料电池领域，为方便对不同类型供气系统中的零部件进行性能检测以及对不同工况匹配不同供气系统零部件进行的选型，提出了一种燃料电池供气系统零部件测试台架。

背景技术

燃料电池系统是集成了空气供给系统、氢气供给系统、主散热系统、辅助散热系统、电器系统和电堆等为一体的一个总装系统。空压机、氢气循环泵等零部件作为车用燃料电池系统中的重要组成部件，其工作的性能直接影响到了燃料电池系统电流和功率输出的稳定性和整个燃料电池系统的使用寿命，因此对燃料电池系统中的空压机、氢气循环泵等相关部件在装车之前进行性能检测是否满足装车要求就显得尤为重要。

目前，市面上对空压机、氢气循环泵等部件的测试还没有严格的技术标准，各家企业都是根据自己的经验进行设计制作的，因此这方面的技术和设计都处于保密的状态。通过相关收索，燃料电池系统空压机测试台架，有：

单独空气供给系统空压机测试台架，该空压机测试台架保留了空气供给系统，即空气经过空滤、空压机、中冷器和加湿器，然后进入电堆，电堆里面的空气经过背压阀进行排气。该空压机测试系统还是保留了燃料电池系统中的电堆，压缩空气对电堆内部进行干吹容易损坏内部结构，且该系统还未考虑辅助散热系统对空压机性能的影响。

还有的空压机测试系统功能单一，适用范围窄，难以满足不同类型空压机的性能测试以及选型测试要求，以及该测试系统只能对空压机部件进行检测，不能对其他的供气部件进行检测。因此，现有燃料电池供气系统零部件测试台架还在处于不断探索和改进阶段。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是：为了完善供气系统零部件测试台架现有的技术不足，提供一种能不损坏电堆内部结构且能够进行空气零部件和氢气零部件供气系统自由切换检测的燃料电池供气系统零部件测试台架。

本实用新型的技术解决方案是：

一种燃料电池供气系统零部件测试台架，包括燃料电池的空气供给系统、氢气模拟供给系统和辅助散热系统，其特征在于：该测试台架中空气供给系统、氢气模拟供给系统均包括快速切换的电磁四通阀（4）和取代电堆的储气罐（7）。

优选地，所述空气供给系统包括空压机、中冷器、电磁四通阀、喷雾器、加湿器，以及与空压机、中冷器、电磁四通阀、加湿器和储气罐的相连接部位设有的温度传感器、压力传感器和流量计。

进一步地，前述空气供给系统中，空压机的运转使得空气流经空气滤清器以及两者之间的流量计一、空压机入口压力传感器一和空压机入口温度传感器一进入到空压机；再将空压机压缩后的高温加压空气经过空压机出口温度传感器二和空压机出口压力传感器二输送给中冷器进行降温；然后将降温后的加压空气经过中冷器出口温度传感器三输送给电磁四通阀进行空气路选择，以及再经过喷雾器和加湿器对空气加湿；再然后将湿润的加压空气经过加湿器出口流量计二、湿度传感器以及压力传感器三输送到储气罐。

优选地，所述氢气模拟供给系统包括两路，一路为通过电磁四通阀直接进入储气罐，然后再经过汽水分离器和氢气循环泵进行循环到主路中；另一路为通过电磁四通阀进入引射器的主流口后再进入储气罐，然后再经过汽水分离器和引射器的回流口进行循环到主路中。

进一步地，前述的汽水分离器下方直接与排气电磁阀进行相连接。

优选地，所述的储气罐包含三个进气口和三个出气口；

进一步地，前述的进气一口为模拟空气进堆入口，其线路为电磁四通阀、喷雾器和加湿器和储气罐；

进一步地，前述的进气二口为模拟喷轨之后的供氢进堆入口，其线路为电磁四通阀和储气罐；

进一步地，前述的进气三口为模拟引射器的进堆氢气量，其线路为电磁四通阀、引射器和储气罐；

进一步地，前述的出气一口为模拟电堆将多余的空气排出情况，其线路为储气罐、加湿器、背压阀和消声器；

进一步地，前述的出气二口为模拟电堆对空气中氧气的消耗或模拟对电堆对氢气的消耗排气通路，其线路为储气罐和流量调节阀；

进一步地，前述的出气三口为模拟电堆的氢气循环口，其线路为储气罐和汽水分离器。

优选地，所述辅助散热系统包括低压水泵、氢气循环泵控制器、空压机控制器、散热器、补偿水壶，以及与低压水泵与氢气循环泵控制器、中冷器与散热器之间分别设置有温度传感器五和温度传感器四。

进一步，前述辅助散热系统中，低压水泵将散热器和补偿水壶中的冷却液经过低压水泵出口水路温度传感器五输送给氢气循环泵控制器、空压机控制器、空压机和中冷器进行降温，最后从中冷器中流出的冷却液经过中冷器出口水路温度传感器四再回到散热器中，从而形成一个水路散热循环。

由于采用了上述技术方案，与现有技术相比，本实用新型的有益效果：

（1）、用储气罐代替试验过程中的电堆，可以减少气路吹气对电堆的损害，并且采用储气罐出气路二中的流量调节阀进行模拟电堆对氧气量和氢气量的消耗；

（2）、直接利用空压机的压缩空气，并通过电磁四通阀实现空气供给系统、氢气模拟供给系统中的氢气循环泵路以及氢气模拟供给系统中的引射器路进行快速切换，以检测供气系统中对应零部件的性能情况；

（3）、测试台架除了验收供气系统中的零部件性能参数情况之外，还可以对不同工况下匹配不同供气系统零部件进行选型，以满足性能需求。

附图说明

图1为本实用新型空气路部件检测工作原理示意图；

图2为本实用新型氢气循环泵检测工作原理示意图；

图3为本实用新型引射器检测工作原理示意图；

图中：1-空滤，2-空压机，3-中冷器，4-电磁四通阀，5-喷雾器，6-加湿器，7-储气罐，8-氢气循环泵，9-引射器，10-背压阀，11-消声器，12-汽水分离器，13-流量调节阀，14-排气电磁阀，15-低压水泵，16-氢气循环泵控制器，17-空压机控制器，18-散热器，19-补偿水壶；F1-流量计一，F2-流量计二，F3-流量计三，F4-流量计四，F5-流量计五，F6-流量计六，F7-流量计七；P1-压力传感器一，P2-压力传感器二，P3-压力传感器三，P4-压力传感器四；T1-温度传感器一，T2-温度传感器二，T3-温度传感器三，T4-温度传感器四，T5-温度传感器五。

具体实施方式

本实用新型的实施例：一种燃料电池供气系统零部件测试台架，参照图1、图2、图3，包括燃料电池的空气供给系统、氢气模拟供给系统和辅助散热系统。

参考图1，所述的燃料电池空气供给系统中，空压机2的运转使得空气流经空滤1以及两者之间的流量计一F1、温度传感器一T1、空压机入口压力传感器一P1进入到空压机2；再将空压机2压缩后的高温加压空气经过空压机出口温度传感器二T2和空压机出口压力传感器二P2输送给中冷器3进行降温；然后将降温后的加压空气经过中冷器出口温度传感器三T3输送至电磁四通阀4，通过电磁四通阀4切换到空气部件检测路，加压空气再经过喷雾器5、加湿器6、流量计二F2、湿度传感器H1和压力传感器三P3输送到储气罐7；此时的空气供给零部件检测系统中，储气罐7的出气口分为两路，一路是经过排气电磁阀14和流量计七F7模拟电堆消耗的氧气量，即将其排到大气当中以视电堆消耗的氧气量；另一路是经过加湿器6、压力传感器四P4、背压阀10、流量计三F3和消声器11将剩余的空气排到大气当中。

所述的燃料电池氢气模拟供给系统也是借用空压机压缩的高压空气为流体介质，替代高压氢气。在该系统中：

一、当电磁四通阀4切换到氢气循环泵部件检测路时，此时将高压的空气直接输送给储气罐7，空气路的背压阀10紧闭，储气罐7中的高压空气通过汽水分离器12、氢气循环泵8和流量计四F4回到主路；其中同样是通过排气电磁阀14和流量计七F7来模拟电堆消耗的氢气量（见图2）；

二、当电磁四通阀4切换到引射器部件检测路时，此时将高压的空气通过流量计五F5、引射器9主流口、流量计六F6输送给储气罐7，空气路的背压阀10紧闭，储气罐中的高压空气通过汽水分离器12、引射器9的回流口回到引射器9的主流口，其中同样是通过排气电磁阀14和流量计七F7来模拟电堆消耗的氢气量；排气电磁阀14主要的目的是将汽水分离器12中的水分进行排出（见图3）。

参考图1-3，所述的燃料电池辅助散热系统中，低压水泵15将散热器18和补偿水壶19中的冷却液经过低压水泵15出口水路温度传感器T5输送给氢气循环泵控制器16、空压机控制器17、空压机2和中冷器3进行降温，最后从中冷器3中流出的冷却液经过中冷器出口水路温度传感器四T4再回到散热器18中，从而形成一个水路散热循环。

本实用新型的工作过程为：

空气供给系统零部件测试工作：空气经过空滤1、流量计一F1、空压机入口压力传感器一P1和温度传感器一T1进入空压机2，其中通过空压机入口压力传感器一P1能够检测空压机入口处形成的负压情况；然后空气经过空压机2对其进行加压，加压后的空气可以通过空压机出口温度传感器二T2和空压机出口压力传感器二P2对其进行温度和压力进行实时检测；然后再经过中冷器3对加压后的空气进行降温，其中用中冷器出口温度传感器三T3对其温度进行实时检测；然后加压降温后的空气再通过电磁四通阀4的通路、喷雾器5、加湿器6进入储气罐7，其中加湿器出口流量计二F2、湿度传感器H1、压力传感器三P3用来实时检测流入到储气罐7里面空气的物理特性。储气罐7的目的是用来代替实际过程中的电堆，这样能够起到保护电堆内部结构不受损坏；此时空气路中储气罐7的排气分为两路，一路是模拟电堆对空气中氧气的消耗，即消耗量通过流量调节阀13进行调节和通过流量计七F7进行实时检测，以保证排出空气的量与实际电堆消耗的氧气量相一致；另一路是经过加湿器6、压力传感器四P4、背压阀10、流量计三F3和消声器11将剩余的空气排到大气当中。

氢气模拟供给系统零部件测试工作：其工作分为两部分，一部分是氢气循环泵检测工作；另一部分是引射器检测工作。氢气模拟供给系统也是借用空压机压缩的高压空气为流体介质，替代高压氢气。

氢气循环泵检测工作：将电磁四通阀4切换到氢气循环泵部件检测路，此时高压的空气直接输送给储气罐7，空气路的背压阀10紧闭，储气罐7中的高压空气通过汽水分离器12、氢气循环泵8和流量计四F4回到主路，流量计四F4的目的是检测循环的气体流量值；其中通过排气电磁阀14和流量计七F7模拟电堆消耗的氢气量。

引射器检测工作：将电磁四通阀4切换到引射器部件检测路，此时高压的空气通过流量计五F5、引射器9主流口、流量计六F6输送给储气罐7，空气路的背压阀10紧闭，储气罐中的高压空气通过汽水分离器12、引射器9的回流口回到引射器9的主流口，引射器的回流流量通过流量计六F6和流量计五F5的读数差值就能计算得出；其中也是通过排气电磁阀14和流量计七F7模拟电堆消耗的氢气量。

辅助散热系统工作：低压水泵15将散热器18和补偿水壶19中的冷却液经过低压水泵15出口水路温度传感器T5输送给氢气循环泵控制器16、空压机控制器17、空压机2和中冷器3进行降温，最后从中冷器3中流出的冷却液经过中冷器出口水路温度传感器四T4再回到散热器18中，从而形成一个水路散热循环；通过温度传感器四T4和温度传感器T5就能计算出附件中的产热量情况。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是在本实用新型的实用新型构思下，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的专利保护范围内。

Claims (8)

1.一种燃料电池供气系统零部件测试台架，包括燃料电池的空气供给系统、氢气模拟供给系统和辅助散热系统，其特征在于：该测试台架中空气供给系统、氢气模拟供给系统均包括快速切换的电磁四通阀和取代电堆的储气罐。

2.根据权利要求1所述的一种燃料电池供气系统零部件测试台架，其特征在于：所述空气供给系统包括空压机、中冷器、电磁四通阀、喷雾器、加湿器，以及与空压机、中冷器、电磁四通阀、加湿器和储气罐的相连接部位设有的温度传感器、压力传感器和流量计。

3.根据权利要求2所述的一种燃料电池供气系统零部件测试台架，其特征在于：所述空气供给系统中，空压机的运转使得空气流经空气滤清器以及两者之间的流量计一、空压机入口压力传感器一和空压机入口温度传感器一进入到空压机；再将空压机压缩后的高温加压空气经过空压机出口温度传感器二和空压机出口压力传感器二输送给中冷器进行降温；然后将降温后的加压空气经过中冷器出口温度传感器三输送给电磁四通阀进行空气路选择，以及再经过喷雾器和加湿器对空气加湿；再然后将湿润的加压空气经过加湿器出口流量计二、湿度传感器以及压力传感器三输送到储气罐。

4.根据权利要求1所述的一种燃料电池供气系统零部件测试台架，其特征在于：所述氢气模拟供给系统包括两路，一路为通过电磁四通阀直接进入储气罐，然后再经过汽水分离器和氢气循环泵进行循环到主路中；另一路为通过电磁四通阀进入引射器的主流口后再进入储气罐，然后再经过汽水分离器和引射器的回流口进行循环到主路中。

5.根据权利要求4所述的一种燃料电池供气系统零部件测试台架，其特征在于：所述的汽水分离器下方直接与排气电磁阀进行相连接。

6.根据权利要求4所述的一种燃料电池供气系统零部件测试台架，其特征在于：所述的储气罐包含三个进气口和三个出气口；

所述的进气一口为模拟空气进堆入口，其线路为电磁四通阀、喷雾器和加湿器和储气罐；

所述的进气二口为模拟喷轨之后的供氢进堆入口，其线路为电磁四通阀和储气罐；

所述的进气三口为模拟引射器的进堆氢气量，其线路为电磁四通阀、引射器和储气罐；

所述的出气一口为模拟电堆将多余的空气排出情况，其线路为储气罐、加湿器、背压阀和消声器；

所述的出气二口为模拟电堆对空气中氧气的消耗或模拟对电堆对氢气的消耗排气通路，其线路为储气罐和流量调节阀；

所述的出气三口为模拟电堆的氢气循环口，其线路为储气罐和汽水分离器。

7.根据权利要求1所述的一种燃料电池供气系统零部件测试台架，其特征在于：所述辅助散热系统包括低压水泵、氢气循环泵控制器、空压机控制器、散热器、补偿水壶，以及与低压水泵与氢气循环泵控制器、中冷器与散热器之间分别设置有温度传感器五和温度传感器四。

8.根据权利要求7所述的一种燃料电池供气系统零部件测试台架，其特征在于：所述辅助散热系统中，低压水泵将散热器和补偿水壶中的冷却液经过低压水泵出口水路温度传感器五输送给氢气循环泵控制器、空压机控制器、空压机和中冷器进行降温，最后从中冷器中流出的冷却液经过中冷器出口水路温度传感器四再回到散热器中，从而形成一个水路散热循环。

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