CN212615302U - 燃料电池空气系统的测试装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种燃料电池空气系统的测试装置，该测试装置包括空压机、中冷器、电子节气门、增湿器、冷却装置和系统控制器，测试装置还包括与系统控制器电性连接并用于采集数据的采集模块，采集模块包括用于采集输入空压机空气参数的第一采集单元、用于采集空压机输出空气参数的第二采集单元、用于采集输入空压机冷却液参数的第三采集单元、用于采集空压机输出冷却液参数的第四采集单元、用于采集输入中冷器冷却液参数的第五采集单元、用于采集中冷器输出冷却液参数的第六采集单元、用于采集中冷器输出空气参数的第七采集单元以及用于采集电子节气门输出空气参数的第八采集单元。本实用新型有利于提高检测待测部件性能的准确性。

Description

燃料电池空气系统的测试装置

技术领域

本实用新型涉及燃料电池系统技术领域，具体涉及一种燃料电池空气系统的测试装置。

背景技术

燃料电池是一种高效的发电装置，具有功率密度高、能量转换效率高以及工作过程安静等优点，并在一定范围内取得了成功应用，燃料电池系统中的空气供给部分一般包括空压机、中冷器、电子节气门、增湿器以及冷却装置等部件，而空气供给部分中的部件在组装之前均需要进行测试，以检验其性能的优劣。

现有的测试方式一般为将空气供给部分中的各个部件单独进行测试，从而根据测试的数据判断其性能的优劣。但是，这种单独测试的方式会存在测试结果为优的部件在组装后并不能使整个空气供给部分的性能达到预设目标，从而导致单独测试部件得出的结果存在一定的偏差。

实用新型内容

本实用新型的主要目的在于提供一种燃料电池空气系统的测试装置，旨在解决现有测试方式的结果存在一定的偏差的技术问题。

为解决上述技术问题，本实用新型提出一种燃料电池空气系统的测试装置，该测试装置包括空压机、中冷器、电子节气门、增湿器、冷却装置以及系统控制器，所述测试装置还包括与所述系统控制器电性连接并用于采集数据的采集模块，所述采集模块包括：

第一采集单元，用于采集输入所述空压机的空气流量值、空气压力值以及空气温度值；

第二采集单元，用于采集所述空压机输出的空气压力值和空气温度值；

第三采集单元，用于采集输入所述空压机的冷却液流量值、冷却液压力值以及冷却液温度值；

第四采集单元，用于采集所述空压机输出的冷却液压力值和冷却液温度值；

第五采集单元，用于采集输入所述中冷器的冷却液压力值和冷却液温度值；

第六采集单元，用于采集所述中冷器输出的冷却液压力值和冷却液温度值；

第七采集单元，用于采集所述中冷器输出的空气压力值和空气温度值；

第八采集单元，用于采集所述电子节气门输出的空气压力值。

优选地，所述测试装置还包括设置在所述空压机空气输入端的第九采集单元，所述第九采集单元包括第一管路、第二管路、设置在所述第一管路上的第一空气压力传感器以及设置在所述第二管路上的第二空气压力传感器，所述第一管路的出口与第二管路的进口可分别与待测空气流量计的两端口连通，且所述第二管路的出口可与所述空压机的进气口连通；所述第一采集单元包括位于所述第一管路上的第一空气温度传感器、第三空气压力器传感器以及空气基准流量计。

优选地，所述第一管路的入口可与接待测空气过滤器的出气口连通，所述测试装置还包括用于采集所述待测空气过滤器进气口与出气口空气压力差值的微压差传感器，所述微压差传感器的两端可分别与所述待测空气过滤器的进气口和出气口连通。

优选地，所述第二采集单元包括第三管路以及位于所述第三管路上的第二空气温度传感器和第四空气压力传感器，所述第三管路的入口可与所述空压机的出气口连通，所述第三管路的出口可与所述中冷器的进气口连通。

优选地，所述第三采集单元包括第四管路以及位于所述第四管路上的液体流量计、第一液体压力传感器和第一液体温度传感器，所述第四管路的入口可与所述冷却装置的出口连通，所述第四管路的出口可与所述空压机的冷却入口连通。

优选地，所述第四采集单元包括第五管路以及位于所述第五管路上的第二液体压力传感器和第二液体温度传感器，所述第五管路的入口可与所述空压机的冷却出口连通，所述第五管路的出口可与所述冷却装置的入口连通。

优选地，所述第五采集单元包括第六管路以及位于所述第六管路上的第三液体压力传感器和第三液体温度传感器，所述第六管路的入口可与所述中冷器的冷却入口连通，所述第六管路的出口可与所述冷却装置的出口连通。

优选地，所述第六采集单元包括第七管路以及位于所述第七管路上的第四液体压力传感器和第四液体温度传感器，所述第七管路的入口可与所述中冷器的冷却出口连通，所述第七管路的出口可与所述冷却装置的冷却入口连通。

优选地，所述第七采集单元包括第八管路以及位于所述第八管路上的第三空气温度传感器和第五空气压力传感器，所述第八管路的入口可与所述中冷器的空气出口连通，所述第八管路的出口可与所述电子节气门的空气入口连通。

优选地，所述第八采集单元包括第九管路以及位于所述第九管路上的第六空气压力传感器，所述第九管路的入口可与所述电子节气门的空气出口连通，所述第九管路的出口可与所述增湿器的空气入口连通。

本实用新型实施例提供的燃料电池空气系统的测试装置，通过将各个待测部件及辅助部件组合成一个完整的空气系统部件测试平台，即可通过采集模块获取各个部件在实际工况下的性能参数，从而通过系统控制器对获取的数据与标准数据进行比较并判断各个待测部件的性能是否达标。相对现有技术而言，本实用新型可以综合检测燃料电池系统供空子系统的多种核心零部件，并能提高检测待测部件性能的准确性。

附图说明

图1为本实用新型中燃料电池空气系统的测试装置一实施例的结构示意图；

图2为本实用新型中燃料电池空气系统的测试装置另一实施例的结构示意图；

图3为图2中所示的燃料电池空气系统的测试装置一部分结构的示意图；

图4为图2中所示的燃料电池空气系统的测试装置另一部分结构的示意图；

图5为图2中所示的燃料电池空气系统的测试装置又一部分结构的示意图；

图6为图2中所示的冷却装置的结构示意图。

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燃料电池空气系统的测试装置，如图1和图2所示，该测试装置包括空压机1、中冷器2、电子节气门3、增湿器4、冷却装置200以及系统控制器5，测试装置还包括与系统控制器5电性连接并用于采集数据的采集模块100，采集模块100包括：

第一采集单元110，用于采集输入空压机1的空气流量值、空气压力值以及空气温度值；

第二采集单元200，用于采集空压机1输出的空气压力值和空气温度值；

第三采集单元300，用于采集输入空压机1的冷却液流量值、冷却液压力值以及冷却液温度值；

第四采集单元400，用于采集空压机1输出的冷却液压力值和冷却液温度值；

第五采集单元500，用于采集输入中冷器2的冷却液压力值和冷却液温度值；

第六采集单元600，用于采集中冷器2输出的冷却液压力值和冷却液温度值；

第七采集单元700，用于采集中冷器2输出的空气压力值和空气温度值；

第八采集单元800，用于采集电子节气门3输出的空气压力值。

本实施例中，空压机1、中冷器2、电子节气门3、增湿器4、冷却装置200以及系统控制器5之间的连接方式参照现有的燃料电池中空气供给部分的形式进行布置即可，且其中空压机1、中冷器2、电子节气门3以及增湿器4均可通过对应的待测部件进行更换，从而即可通过将单个部件置于按整个空气供给部分中进行测试。同时，为了方便采集每个部件运行时的工况数据，还包括与系统控制器5电性连接并用于采集数据的采集模块100，此时系统控制器5只是一个统称，其可以同时处理上述各个部件的运行，还可以收集采集模块采集的数据并进行处理，从而输出对应的处理结果，具体输出的方式可以是测试装置还设置有显示屏，从而系统控制器5即可将处理后的数据通过数字或图形的形式进行展示。

采集模块100采集数据的形式具体包括用于采集输入空压机1的空气流量值、空气压力值以及空气温度值的第一采集单元110、用于采集空压机1输出的空气压力值和空气温度值的第二采集单元120、用于采集输入空压机1的冷却液流量值、冷却液压力值以及冷却液温度值的第三采集单元130、用于采集空压机1输出的冷却液压力值和冷却液温度值的第四采集单元140、用于采集输入中冷器2的冷却液压力值和冷却液温度值的第五采集单元150、用于采集中冷器2输出的冷却液压力值和冷却液温度值的第六采集单元160、用于采集中冷器2输出的空气压力值和空气温度值的第七采集单元170以及用于采集电子节气门3输出的空气压力值的第八采集单元180。其中，采集空气/液体流量、空气/液体温度以及空气/液体压强的方式可以参照现有的形式设置采集装置即可，如对应的传感器等。此时，针对空压机1，可通过系统控制器5获取第一采集单元110中的空气流量和空气压力数据以及第二采集单元120中的空气压力数据，从而完成空压机1的压力、流量及空压机1功率之间的特性曲线图；系统控制器5还可通过获取第三采集单元130中的液体流量、液体温度和液体压力数据以及第四采集单元140中的液体温度和液体压力数据，可测得空压机1冷却所需的性能参数，包括冷却液流量匹配及冷却侧流体阻力。针对中冷器2，系统控制器5还可通过获取第二采集单元120和第七采集单元170中的空气温度以及第五采集单元150和第六采集单元160中的冷却液温度数据，通过运算得到中冷器2的散热性能；系统控制器5还可通过获取第二采集单元120和第五采集单元150中的空气压力数据，测定中冷器2的空气侧压降；系统控制器5还可通过获取第五采集单元150和第六采集单元160中的冷却液压力数据，测定中冷器2的冷却水侧压降。针对电子节气门3，系统控制器5还可通过获取第一采集单元110中的空气流量数据以及第七采集单元170和第八采集单元180中的空气压力数据，得到压力、流量与电子节气门3开度关系性能。针对增湿器，通过系统控制器5获取第八采集单元180中的空气压力数据，能完成其流道阻力测试。本实施例中，通过将各个待测部件组合成一个完整的空气供气系统，即可通过采集模块100获取各个部件在实际工况下的性能参数，从而通过系统控制器5对获取的数据与标准数据进行比较并判断各个待测部件的性能是否达标，以此有利于提高检测待测部件性能的准确性。

在一较佳实施例中，如图2和图3所示，为了方便对空气流量计进行测试，测试装置还包括设置在空压机1空气输入端的第九采集单元190，第九采集单元190包括第一管路191、第二管路192、设置在第一管路191上的第一空气压力传感器193以及设置在第二管路192上的第二空气压力传感器194，第一管路191的出口与第二管路192的入口可分别与待测空气流量计6的两端口连通，且第二管路192的出口可与空压机1的进气口连通，其中优选第一管路191和第二管路192与待测空气流量计6通过快拆接头进行连通，从而有利于测试不同待测空气流量计6时进行更换。同时，第一采集单元110包括位于第一管路191上的第一空气温度传感器111、第三空气压力器传感器112以及空气基准流量计113。此时，不仅可通过获取空气基准流量计113和待测空气流量计6的数据进行对比，从而判断待测空气流量计6的性能，还可在此基础之上通过系统控制器5对待测空气流量计6进行标定和校准，当然待测空气流量计6需与系统控制器5电性连接，更可通过系统控制器5获取第一空气压力传感器193和第二空气压力传感器192读数，测定待测空气流量计6的压降。其中，具体对待测空气流量计6标定的方式还可以是系统控制器5采集空气基准流量计113模拟输入4～20mA并控制输出空气基准流量q，单位L/min，同时系统控制器5采集待测空气流量计6输入频率信号f，单位为Hz。下一步通过拟合以待测空气流量计6频率为自变量，空气基准流量计113流量为因变量的函数y，y为多项式函数，计算式为y＝ax⁴+bx³+cx²+dx+x₀。拟合函数带回系统控制器5程序，将待测空气流量计6频率换算为对应的空气被测流量Q，单位为L/min。然后判定空气基准流量和待测空气流量差值绝对值|q-Q|≤Q0是否成立，其中Q0表示判断值，单位L/min，Q0的具体值可为60L/min。若不成立则通过系统控制器5重新输入空气流量进行校准，当然重新校准的次数可为三次，从而降低误判的概率；若成立，则将体积流量L/min转换为质量流量g/s单位L/min，输入外部环境温度和空气相对湿度参数，通过系统控制器5对前述数据进行处理，从而输出待测空气流量计输出质量流量Q_m，单位L/min或输出待测空气流量计输出标定后的体积流量Q，单位g/s，至于Q_m与Q相互转换的的计算式可以是Q_m＝p_RH*Q/60，

其中，P_b表示空气中所含水蒸气分压力，单位Kpa，RH表示空气相对湿度，p_RH表示该环境温度和空气相对湿度对应的空气密度，单位Kg/m³，t表示空气入口温度，即环境温度，单位℃。而对待测空气流量计6校准的方式可以是首先系统控制器5控制输入一定量的空气流量，同时系统控制器5获取空气基准流量计113的输出流量q和待测空气流量计6的输出流量Q，单位L/min，然后判定空气基准流量和待测空气流量差值绝对值|q-Q|≤Q0是否成立，若成立则表示待测空气流量计6合格，若不成立则通过判定影响因素并确认是否执行待测空气流量计6的二次标定。

在一较佳实施例中，如图3所示为了方便测试空气过滤器在实际工况下的性能，第一管路191的入口可与待测空气过滤器7的出气口进行连通，优选连通的方式采用快拆接头，从而方便针对不同的待测空气过滤器7进行测试。此时，为了方便测试待测空气过滤器7的性能，测试装置还包括用于采集待测空气过滤器7进气口与出气口空气压力差值的微压差传感器300，微压差传感器300的两端可分别与待测空气过滤器7的进气口和出气口连通，从而测定待测空气过滤器7的压降数据，以此判断待测空气过滤器7的性能，其中连通的方式也优选采用快拆接头。

在一较佳实施例中，如图4所示，为了方便获取空压机1输出空气和输入中冷器2空气的温度和压强参数，第二采集单元120包括第三管路121以及位于第三管路121上的第二空气温度传感器122和第四空气压力传感器123，第三管路121的入口可与空压机1的出气口连通，第三管路121的出口可与中冷器2的进气口连通，其中连通的方式也优选采用快拆接头。

在一较佳实施例中，如图2和图5所示，第三采集单元130包括第四管路131以及位于第四管路131上的第一液体流量计132、第一液体压力传感器133和第一液体温度传感器134，第四管路131的入口可与冷却装置200的出口连通，第四管路131的出口可与空压机1的冷却入口连通，其中连通的方式也优选采用快拆接头。

在一较佳实施例中，如图2和图5所示，第四采集单元140包括第五管路141以及位于第五管路141上的第二液体压力传感器142和第二液体温度传感器143，第五管路141的入口可与空压机1的冷却出口连通，第五管路1的出口可与冷却装置200的入口连通，其中连通的方式也优选采用快拆接头。

在一较佳实施例中，如图2和图5所示，第五采集单元150包括第六管路151以及位于第六管路151上的第三液体压力传感器152和第三液体温度传感器153，第六管路151的入口可与中冷器2的冷却入口连通，第六管路151的出口可与冷却装置200的出口连通，其中连通的方式也优选采用快拆接头。

在一较佳实施例中，如图2和图5所示，第六采集单元160包括第七管路161以及位于第七管路161上的第四液体压力传感器162和第四液体温度传感器163，第七管路161的入口可与中冷器2的冷却出口连通，第七管路161的出口可与冷却装置200的入口连通，其中连通的方式也优选采用快拆接头。

在一较佳实施例中，如图2和图4所示，第七采集单元170包括第八管路171以及位于第八管路171上的第三空气温度传感器172和第五空气压力传感器173，第八管路171的入口可与中冷器2的空气出口连通，第八管路171的出口可与电子节气门3的空气入口连通，其中连通的方式也优选采用快拆接头。

在一较佳实施例中，如图2和图4所示，第八采集单元180包括第九管路181以及位于第九管路181上的第六空气压力传感器182，第九管路181的入口可与电子节气门3的空气出口连通，第九管路181的出口可与增湿器4的空气入口连通，其中连通的方式也优选采用快拆接头。

在一较佳实施例中，测试装置还包括承载框架，采集模块100布置在承载框架上，且承载框架上还设置有用于固定各个待测部件的安装位。其中，优选安装位由多个围合的固定条构成，且固定条与承载框架滑动连接并可沿水平方向滑动，优选固定条的布置方式呈矩形状布置，从而通过调整各个固定条的位置后对待测部件进行夹持，以此固定待测部件。至于固定条移动至预设位置后固定的方式可以是参照现有的快速固定装置即可，如相对布置的两个固定条通过丝杆连接，从而通过转动丝杆即可改变两固定条的位置并可防止固定条移动至预设位置后移动。

在一较佳实施例中，如图2和图6所示，冷却装置200包括通过管路依次连通的散热器210、水箱220以及水泵230，其中水泵230的出水口分别与空压机1和中冷器2的冷却入口连通，散热器210的进水口则分别与空压机1和中冷器2的冷却出口连通，即第四管路131和第六管路151的入口与水泵230的出水口连通，第五管路141和第七管路161的出口与散热器210的进水口连通，其中，优选第四管路131与水泵230以及第五管路141与散热器210连通的方式通过快拆接头进行连通，从而便于空压机1为风冷式时，第四管路131的入口接气源，而第五管路141的出口接处理装置或直接排出空气。

在一较佳实施例中，为了方便控制冷却装置200输出的冷却液流量，此时水泵230依次通过第一主管路和第一支管路与第四管路131的入口连通，且第一主管的出口与第六管路151的进口连通，而散热器210的进水口依次通过第二主管和第二支管与第五管路141的出口连通，且第二主管的进口与第七管路161的出口连通。同时，冷却装置200还包括设置在第一主管上的第二液体流量计240和第一调节阀250、设置在第一支管上的第二调节阀260、设置在六管路151上的第一电动球阀270、设置在第二支管上的第三调节阀280以及设置在第七管路161上的第二电动球阀290。其中，第一电动球阀270和第二电动球阀290还与系统控制器5电性连接，从而方便通过系统控制器5自动控制中冷器2的中的冷却液流量。

在一较佳实施例中，测试装置还包括高压电源、低压电源、低压接线盒以及空压机控制器。其中，高压电源通过空压机控制器向空压机1供电，而低压电源通过低压接线盒分别向水泵230、散热器210、第一电动球阀270、第二电动球阀290、电子节气门3及系统控制器5供电。

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 (10)

1.一种燃料电池空气系统的测试装置，包括空压机、中冷器、电子节气门、增湿器、冷却装置以及系统控制器，其特征在于，所述测试装置还包括与所述系统控制器电性连接并用于采集数据的采集模块，所述采集模块包括：

第一采集单元，用于采集输入所述空压机的空气流量值、空气压力值以及空气温度值；

第二采集单元，用于采集所述空压机输出的空气压力值和空气温度值；

第三采集单元，用于采集输入所述空压机的冷却液流量值、冷却液压力值以及冷却液温度值；

第四采集单元，用于采集所述空压机输出的冷却液压力值和冷却液温度值；

第五采集单元，用于采集输入所述中冷器的冷却液压力值和冷却液温度值；

第六采集单元，用于采集所述中冷器输出的冷却液压力值和冷却液温度值；

第七采集单元，用于采集所述中冷器输出的空气压力值和空气温度值；

第八采集单元，用于采集所述电子节气门输出的空气压力值。

2.根据权利要求1所述的测试装置，其特征在于，还包括设置在所述空压机空气输入端的第九采集单元，所述第九采集单元包括第一管路、第二管路、设置在所述第一管路上的第一空气压力传感器以及设置在所述第二管路上的第二空气压力传感器，所述第一管路的出口与第二管路的进口可分别与待测空气流量计的两端口连通，且所述第二管路的出口可与所述空压机的进气口连通；所述第一采集单元包括位于所述第一管路上的第一空气温度传感器、第三空气压力器传感器以及空气基准流量计。

3.根据权利要求2所述的测试装置，其特征在于，所述第一管路的入口可与接待测空气过滤器的出气口连通，所述采集模块还包括用于采集所述待测空气过滤器进气口与出气口空气压力差值的微压差传感器，所述微压差传感器的两端可分别与所述待测空气过滤器的进气口和出气口连通。

4.根据权利要求1所述的测试装置，其特征在于，所述第二采集单元包括第三管路以及位于所述第三管路上的第二空气温度传感器和第四空气压力传感器，所述第三管路的入口可与所述空压机的出气口连通，所述第三管路的出口可与所述中冷器的进气口连通。

5.根据权利要求4所述的测试装置，其特征在于，所述第三采集单元包括第四管路以及位于所述第四管路上的液体流量计、第一液体压力传感器和第一液体温度传感器，所述第四管路的入口可与所述冷却装置的出口连通，所述第四管路的出口可与所述空压机的冷却入口连通。

6.根据权利要求1所述的测试装置，其特征在于，所述第四采集单元包括第五管路以及位于所述第五管路上的第二液体压力传感器和第二液体温度传感器，所述第五管路的入口可与所述空压机的冷却出口连通，所述第五管路的出口可与所述冷却装置的入口连通。

7.根据权利要求1所述的测试装置，其特征在于，所述第五采集单元包括第六管路以及位于所述第六管路上的第三液体压力传感器和第三液体温度传感器，所述第六管路的入口可与所述中冷器的冷却入口连通，所述第六管路的出口可与所述冷却装置的出口连通。

8.根据权利要求1所述的测试装置，其特征在于，所述第六采集单元包括第七管路以及位于所述第七管路上的第四液体压力传感器和第四液体温度传感器，所述第七管路的入口可与所述中冷器的冷却出口连通，所述第七管路的出口可与所述冷却装置的冷却入口连通。

9.根据权利要求1所述的测试装置，其特征在于，所述第七采集单元包括第八管路以及位于所述第八管路上的第三空气温度传感器和第五空气压力传感器，所述第八管路的入口可与所述中冷器的空气出口连通，所述第八管路的出口可与所述电子节气门的空气入口连通。

10.根据权利要求1所述的测试装置，其特征在于，所述第八采集单元包括第九管路以及位于所述第九管路上的第六空气压力传感器，所述第九管路的入口可与所述电子节气门的空气出口连通，所述第九管路的出口可与所述增湿器的空气入口连通。

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