CN213936275U - 一种用于测试模拟水热管理系统的测试系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种用于测试模拟水热管理系统的测试系统，所述水热管理系统包括主散热系统以及辅助散热系统，所述测试系统包括：主水热测试系统和辅助水热测试系统；所述主水热测试系统与所述主散热系统相通以测量主散热系统的散热性能指标；所述辅助水热测试系统与所述辅助散热系统相通以测量辅助散热系统的散热性能指标。本实用新型的燃料电池水热管理测试系统通过模拟不同温度，能够快速检测燃料电池发动机的工作状态，并通过可控的工作温度、压力、流速、流量来实现对燃料电池发动机水热管理的调试、优化及产品的改进。

Description

一种用于测试模拟水热管理系统的测试系统

技术领域

本实用新型涉及燃料电池技术领域，具体而言，涉及一种用于测试模拟水热管理系统的测试系统及测试方法。

背景技术

质子交换膜燃料电池发动机是一种直接将化学能转换为电能的发电设备，能量转换效率高，噪音低，燃料来源广泛，绿色零污染，启动快，输出电流大等优点，应用前景广泛。然而燃料电池发动机的输出性能受到许多因素的影响，其中温度对整个系统的影响尤为重要。一个合理的水热管理系统能提高燃料电池发动机的性能、改善电池寿命，反之，不当的水热管理会造成燃料电池发动机的性能降低，影响寿命，甚至引起实验安全事故。因此，对燃料电池发动机的水热管理系统进行测试有着重要的意义。

现有的测试只是对产生的热和水分别进行测试，不能准确的模拟燃料电池的工作环境，进而不能对燃料电池水热管理系统进行充分的测试，无法达到对水热管理系统进行优化的目的。

有鉴于此，特提出本实用新型。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种用于测试模拟水热管理系统的测试系统，该测试系统能够模拟水热管理系统的工作环境，实现各种温度环境下的工作测试功能，测试功能全面，测量精度高，能快速检测燃料电池发动机的工作状态，并通过可控的工作温度、压力、流速、流量来实现对燃料电池发动机水热管理的检测、调试、优化及产品的改进。

为了实现本实用新型的上述目的，特采用以下技术方案：

本实用新型提供了一种用于测试模拟水热管理系统的测试系统，所述水热管理系统包括主散热系统以及辅助散热系统，所述测试系统包括：主水热测试系统和辅助水热测试系统；所述主水热测试系统与所述主散热系统相通以测量主散热系统的散热性能指标；所述辅助水热测试系统与所述辅助散热系统相通以测量辅助散热系统的散热性能指标；所述主散热系统的散热性能指标包括主散热系统冷却水入口的温度、压力，主散热系统冷却水出口温度、压力和主散热系统冷却水流量其中的任意一种或几种；所述辅助散热器的散热性能指标包括辅助散热系统冷却水入口的温度、压力，辅助散热系统冷却水出口温度、压力和辅助散热系统冷却水流量其中的任意一种或几种。

现有技术中，针对水热管理系统的测试只是对产生的热和水分别进行测试，不能准确的模拟燃料电池的工作环境，进而不能对燃料电池水热管理系统进行充分的测试，无法达到对水热管理系统进行优化的目的。

为解决上述技术问题，本实用新型提供了一种燃料电池水热管理测试系统，该测试系统通过模拟不同温度，能够快速检测燃料电池发动机的工作状态，并通过可控的工作温度、压力、流速、流量来实现对燃料电池发动机水热管理的调试、优化及产品的改进。

优选的，所述主水热测试系统包括与所述主散热系统的冷却水出口相连的电堆；所述电堆依次连接有第一汇流排、第一换热器、冷水箱、第一恒流量调节阀和第二汇流排；所述第二汇流排与所述主散热系统的冷却水入口相连；所述第一恒流量调节阀和所述第二汇流排间设置有温度表以测量所述主散热系统进口的温度；所述电堆与所述第一汇流排间设置有温度表和压力表以测量所述主散热系统出口的温度和压力。主水热测试系统用于对待测水热管理系统的主散热系统进出口温度和压力进行检测，从而实现对主散热系统的优化。其中，电堆相当于热源，第一恒流量调节阀能够对管路中的冷却水流量进行调节，从而实现主散热系统的动态模拟。

优选的，所述辅助水热测试系统包括与所述辅助散热系统的冷却水出口相连的所述第一汇流排；所述第一汇流排依次连接有所述第一换热器、所述冷水箱、第三电磁阀、第二恒流量调节阀和第三汇流排；所述第三汇流排与所述辅助散热系统的冷却水进口相连；所述第二恒流量调节阀和所述第三汇流排之间设置有温度表以测量所述辅助散热系统进口的温度；所述第一汇流排与所述辅助散热系统间设置有温度表和压力表以测量所述辅助散热系统出口的温度和压力。辅助水热测试系统用于对待测水热管理系统的辅助散热系统进行检测，第二恒流量调节阀能够对管路中的冷却水流量进行调节，从而实现辅助散热系统的动态模拟。

优选的，上述测试系统还包括用于向体系中补充冷却水的第一膨胀水箱和第二膨胀水箱；所述第一膨胀水箱分别与所述第二膨胀水箱、所述主水热测试系统和所述辅助水热测试系统相连。第一膨胀水箱和第二膨胀水箱能够为主水热测试系统和辅助水热测试系统提供充足的冷却水，并实时补充损耗，保障测试的准确性。

优选的，所述第二膨胀水箱内设置有加热器；所述第二膨胀水箱分别与所述第一恒流量调节阀和所述第二恒流量调节阀相连。第二膨胀水箱内的加热器能够对冷却水提供预加热，且能够根据实际需要调节冷却水的加热温度。

优选的，所述第二膨胀水箱与所述第一汇流排间通过第二换热器相连。当被测系统需要测试高温情况时，通过第二换热器到达第二膨胀箱，经过加热器再加热，加热完成后流入管路中。

优选的，所述电堆与所述第一汇流排间设置有第一流量计。通过第一流量计，能够实时监测主水热管理系统的冷却水流量。

优选的，所述辅助水热测试系统上设置有第二流量计以测量所述辅助水热测试系统的循环冷却水流量。通过第二流量计，便于实时监测辅助散热系统的冷却水流量。

优选的，上述测试系统还包括电源系统，所述电源系统与所述待测水热管理系统相连以提供待测水热管理系统运行所需要的电能。

优选的，上述测试系统还包括空调系统，所述空调系统用于调节环境温度，从而模拟不同的工作环境，对不同温度环境下的水热管理系统的工作状态进行检测。

优选的，主散热系统包括依次连接的第一水泵、节温器和第一散热器；辅助散热系统包括依次连接的第二水泵、DC/DC转换器、空压机控制器、空压机电机和第二散热器。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果在于：

本实用新型的燃料电池水热管理测试系统通过模拟不同温度，能够快速检测燃料电池发动机的工作状态，并通过可控的工作温度、压力、流速、流量来实现对燃料电池发动机水热管理的调试、优化及产品的改进。

附图说明

通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本实用新型的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：

图1为本实用新型实施例提供的用于测试模拟水热管理系统的测试系统的结构示意图。

其中：

10-第一膨胀水箱； 20-第二膨胀水箱；

30-加热器； 40-第二换热器；

50-第一电磁阀； 60-第一汇流排；

70-第一换热器； 80-冷水箱；

90-第四电磁阀； 100-第二电磁阀；

110-第三电磁阀； 120-第三单向阀；

130-第一恒流量调节阀； 140-第二恒流量调节阀；

150-第二汇流排； 160-第三汇流排；

170-第二水泵； 180-第一水泵；

190-DC/DC转换器； 200-节温器；

210-空压机控制器； 220-空压机电机；

230-第一散热器； 240-第二散热器；

250-压差表； 260-电堆；

270-3kW高压电源柜； 280-5kW高压电源柜；

290-第一流量计； 300-第一单向阀；

310-第二流量计； 320-第二单向阀；

330-第五电磁阀； 340-第六电磁阀。

具体实施方式

下面将结合附图和具体实施方式对本实用新型的技术方案进行清楚、完整地描述，但是本领域技术人员将会理解，下列所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例，仅用于说明本实用新型，而不应视为限制本实用新型的范围。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。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

为了更加清晰的对本实用新型中的技术方案进行阐述，下面以具体实施例的形式进行说明。

实施例

参阅图1所示，本实施例提供了一种用于测试模拟水热管理系统的测试系统，其中，图1中虚线框内为待测水热管理系统，水热管理系统包括主散热系统以及辅助散热系统，测试系统包括：主水热测试系统和辅助水热测试系统；主水热测试系统与主散热系统相通以测量主散热系统的散热性能指标；辅助水热测试系统与辅助散热系统相通以测量辅助散热系统的散热性能指标；主散热系统的散热性能指标包括主散热系统冷却水入口的温度、压力，主散热系统冷却水出口温度、压力和主散热系统冷却水流量其中的任意一种或几种；辅助散热器的散热性能指标包括辅助散热系统冷却水入口的温度、压力，辅助散热系统冷却水出口温度、压力和辅助散热系统冷却水流量其中的任意一种或几种。

在本实施例中，主水热测试系统包括与主散热系统的冷却水出口相连的电堆260；电堆260依次连接有第一汇流排60、第一换热器70、冷水箱80、第一恒流量调节阀130和第二汇流排150；第二汇流排150与主散热系统的冷却水入口相连；第一恒流量调节阀130和第二汇流排150间设置有温度表以测量主散热系统进口的温度；电堆260与第一汇流排60间设置有温度表和压力表以测量主散热系统出口的温度和压力。

其中，第一汇流排60与主散热系统间设置有第一单向阀300，电堆260相当于热源，第一恒流量调节阀130能够对管路中的冷却水流量进行调节，从而实现主散热系统的动态模拟。电堆260与第一汇流排60间设置有第一流量计290以测量主水热测试系统的循环冷却水流量。电堆260与第一单向阀300间还设置有温度表以测量电堆260冷却水出口的温度。冷水箱80与第一恒流量调节阀130间设置有第四电磁阀90。为实时测量电堆260的进出口压力差，在电堆260上并联有压差表250。

辅助水热测试系统包括与辅助散热系统的冷却水出口相连的第一汇流排60；第一汇流排60依次连接有第一换热器70、冷水箱80、第三电磁阀110、第二恒流量调节阀140和第三汇流排160；第三汇流排160与辅助散热系统的冷却水进口相连；第二恒流量调节阀140和第三汇流排160之间设置有温度表以测量辅助散热系统进口的温度；第一汇流排60与辅助散热系统间设置有温度表和压力表以测量辅助散热系统出口的温度和压力。

具体的，辅助水热测试系统上设置有第二流量计300以测量所述辅助水热测试系统的循环冷却水流量。在本实施例中，第二流量计310设置在第一汇流排60与辅助散热系统之间。第一汇流排60与辅助散热系统之间还设置有第二单向阀320。第三电磁阀110与第二恒流量调节阀140之间安装有第三单向阀120。辅助水热测试系统用于对待测水热管理系统的辅助散热系统进行检测，从而实现对辅助散热系统的优化。第二恒流量调节阀140能够对管路中的冷却水流量进行调节，从而实现辅助散热系统的动态模拟。

在本实施例中，上述测试系统还包括用于向体系中补充冷却水的第一膨胀水箱10和第二膨胀水箱20；第一膨胀水箱10分别与第二膨胀水箱20、主水热测试系统和辅助水热测试系统相连。其中，第一膨胀水箱10与第一单向阀300之间安装有第五电磁阀330；第一膨胀水箱10与第二单向阀320之间安装有第六电磁阀340；第一膨胀水箱10与第二膨胀水箱20间设置有双向阀。第一膨胀水箱10和第二膨胀水箱20能够为主水热测试系统和辅助水热测试系统提供充足的冷却水，并实时补充损耗，保障测试的准确性。

具体的，第二膨胀水箱20上设置有温度表；第二膨胀水箱20内设置有加热器30；第二膨胀水箱20分别与第一恒流量调节阀130和第二恒流量调节阀140相连。为便于加入冷却液，在第二膨胀水箱20与第一恒流量调节阀130之间设置有第一电磁阀50，在第二膨胀水箱20与第二恒流量调节阀140间设置有第二电磁阀100。第二膨胀水箱20内的加热器30能够对冷却水提供预加热，且能够根据实际需要调节冷却水的加热温度。

具体的，第二膨胀水箱20与第一汇流排60间通过第二换热器40相连。当被测系统需要测试高温情况时，通过第二换热器40到达第二膨胀箱，经过加热器30再加热，加热完成后流入管路中。

在本实施例中，上述测试系统还包括电源系统，电源系统与水热管理系统相连以提供水热管理系统运行所需要的电能。

上述测试系统还包括空调系统，空调系统用于调节环境温度，从而模拟不同的工作环境，对不同温度环境下的水热管理系统的工作状态进行检测。

在本实施例中，主散热系统包括依次连接的第一水泵180、节温器200和第一散热器230，第一水泵180为主散热系统的冷却水入口，第一散热器230为主散热系统的冷却水出口，节温器200分别与第一散热器230和电堆260相连；辅助散热系统包括依次连接的第二水泵170、DC/DC转换器190、空压机控制器210、空压机电机220和第二散热器240，第二水泵170为辅助散热系统的冷却水入口，第二散热器240为辅助散热器的冷却水出口，其中，DC/DC转换器190、空压机控制器210和空压机电机220相当于热源，实际使用中，水热管理系统就是为这些零部件进行散热与调温，保证燃料电池发动机的运行可靠与高效。

为提高测试效果，获得更加准确的温度和压力参数，在第一水泵180和节温器200之间、第二水泵170与DC/DC转换器190之间、DC/DC转换器190与空压机控制器210之间、空压机控制器210与空压机电机220之间以及空压机电机220和第二散热器240之间均设置有温度表和压力表以实时测量辅助散热系统各个部件的进出口温度和压力。

另外，本领域人员应该理解的是，本实施例中的待测水热管理系统仅是为了说明本实施例中的燃料电池水热管理测试系统的工作过程，并不作为对本实用新型的限制，在实际使用中，可根据需要将待测水热管理系统接入到本实施例的燃料电池水热管理测试系统中。

为保障供电效果，在本实施例中，电源系统包括5kW高压电源柜280和3kW高压电源柜270，其中，5kW高压电源柜280为第一水泵180和第二水泵170供电，3kW高压电源柜270为第一散热器230和第二散热器240供电。

本实施例中，燃料电池水热管理测试系统的测试方法如下：测试时，将第二汇流排150与水热管理系统的第一水泵180相连，将第三汇流排160与水热管理系统的第二水泵170相连，将第一散热器230与电堆260相连，将第二散热器240与第二单向阀320相连。

第一膨胀水箱10与第二膨胀水箱20向主水热测试系统和辅助水热测试系统中提供冷却水，主水热测试系统中，电堆260模拟热源，冷却水经第一恒流量调节阀130和第二汇流排150流入第一水泵180，通过节温器200，当冷却水低于节温器200设定温度时，冷却水直接流至电堆260，当冷却水高于节温器200设定温度时，冷却水经第一散热器230散热后流至电堆260；冷却水与电堆260进行换热后，经第一流量表290、第一单向阀300、第一汇流排60、第一换热器70流到冷水箱80中，冷水箱80中的冷却水再次通过第四电磁阀90进入第一恒流量调节阀130实现主散热系统的动态模拟，通过冷水箱80上的温度计测量冷水箱80上的温度，通过第一恒流量调节阀130和第二汇流排150间设置的温度表测量主散热系统进口的温度；通过电堆260与第一汇流排60间设置的温度表和压力表测量主散热系统出口的温度和压力，通过与电堆260并联的压差表250测量电堆260的冷却水进出口压力差，通过电堆260与第一汇流排60间设置的温度表测量电堆260的出口冷却水温度，通过第一流量表290测量主散热系统中的冷却水流量。

辅助水热测试系统中，冷却水经第二恒流量调节阀140、第三汇流排160流入第二水泵170中，再次通过DC/DC转换器190，空压机控制器210，空压机电机220到第二散热器240，实现热量的交互，通过第二流量计310、第二单向阀320、第一汇流排60、第一换热器70流到冷水箱80中，冷水箱80中的冷却水再次通过第三电磁阀110、第三单向阀120流入第二恒流量调节阀140中，阀实现辅助散热系统的动态模拟，通过第二恒流量调节阀140与第三汇流排160间设置的温度表对辅助散热系统入口的温度进行测量，通过DC/DC转换器190，空压机控制器210和空压机电机220各自冷却水入口处设置的温度表和压力表测量其各自的冷却水入口的温度和压力，通过第二散热器240冷却水入口和出口处分别设置的温度表和压力表对第二散热器240的冷却水进口和出口的温度和压力进行测量，通过第二流量计310对辅助散热系统的冷却水流量进行测量。

实际测试时，还可以通过空调系统调节环境温度，通过第一恒流量调节阀130和第二恒流量调节阀140对管路中的冷却水流量进行调解，实现待测水热管理系统的实时动态模拟，通过加热器30调节冷却水温度，测试不同温度下水热管理系统的工作状态，根据测得的主散热系统和辅助散热系统的进出口温度和压力，得出主散热系统和辅助散热系统最佳工作状态。

本实施例中需要测量的各参数如下表所示：

上述表格中，测量位置可根据实际需要进行调整，并在相应位置设置温度表和压力表。测量范围是指的本实施例的燃料电池水热管理测试系统所能够测量的范围。辅助散热系统的被测部件指的是DC/DC转换器190、空压机控制器210和空压机电机220，其入口压力和温度可通过在其入口设置温度表和压力表进行测量；电堆冷却水入口温度和压力即为主散热系统出口的温度和压力。另外，需要注意的是，本实施例中的各个部件均为现有部件，其中温度表和压力表的数量可根据实际测量需要增加，只要能够满足上述测量范围即可。

总之，本实用新型的燃料电池水热管理测试系统通过模拟不同温度，能够快速检测燃料电池发动机的工作状态，并通过可控的工作温度、压力、流速、流量来实现对燃料电池发动机水热管理的调试、优化及产品的改进。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的范围。

Claims (9)

1.一种用于测试模拟水热管理系统的测试系统，所述水热管理系统包括主散热系统以及辅助散热系统，其特征在于，所述测试系统包括：主水热测试系统和辅助水热测试系统；所述主水热测试系统与所述主散热系统相通以测量主散热系统的散热性能指标；所述辅助水热测试系统与所述辅助散热系统相通以测量辅助散热系统的散热性能指标；所述主散热系统的散热性能指标包括所述主散热系统冷却水入口的温度、压力，所述主散热系统冷却水出口温度、压力和所述主散热系统冷却水流量其中的任意一种或几种；所述辅助散热系统的散热性能指标包括所述辅助散热系统冷却水入口的温度、压力，所述辅助散热系统冷却水出口温度、压力和所述辅助散热系统冷却水流量其中的任意一种或几种。

2.根据权利要求1所述的用于测试模拟水热管理系统的测试系统，其特征在于，所述主水热测试系统包括与所述主散热系统的冷却水出口相连的电堆；所述电堆依次连接有第一汇流排、第一换热器、冷水箱、第一恒流量调节阀和第二汇流排；所述第二汇流排与所述主散热系统的冷却水入口相连；所述第一恒流量调节阀和所述第二汇流排间设置有温度表以测量所述主散热系统进口的温度；所述电堆与所述第一汇流排间设置有温度表和压力表以测量所述主散热系统出口的温度和压力。

3.根据权利要求2所述的用于测试模拟水热管理系统的测试系统，其特征在于，所述辅助水热测试系统包括与所述辅助散热系统的冷却水出口相连的所述第一汇流排；所述第一汇流排依次连接有所述第一换热器、所述冷水箱、第三电磁阀、第二恒流量调节阀和第三汇流排；所述第三汇流排与所述辅助散热系统的冷却水进口相连；所述第二恒流量调节阀和所述第三汇流排之间设置有温度表以测量所述辅助散热系统进口的温度；所述第一汇流排与所述辅助散热系统间设置有温度表和压力表以测量所述辅助散热系统出口的温度和压力。

4.根据权利要求3所述的用于测试模拟水热管理系统的测试系统，其特征在于，还包括用于向体系中补充冷却水的第一膨胀水箱和第二膨胀水箱；所述第一膨胀水箱分别与所述第二膨胀水箱、所述主水热测试系统和所述辅助水热测试系统相连。

5.根据权利要求4所述的用于测试模拟水热管理系统的测试系统，其特征在于，所述第二膨胀水箱内设置有加热器；所述第二膨胀水箱分别与所述第一恒流量调节阀和所述第二恒流量调节阀相连。

6.根据权利要求4所述的用于测试模拟水热管理系统的测试系统，其特征在于，所述第二膨胀水箱与所述第一汇流排间通过第二换热器相连。

7.根据权利要求2所述的用于测试模拟水热管理系统的测试系统，其特征在于，所述电堆与所述第一汇流排间设置有第一流量计。

8.根据权利要求3所述的用于测试模拟水热管理系统的测试系统，其特征在于，所述辅助水热测试系统上设置有第二流量计以测量所述辅助水热测试系统的循环冷却水流量。

9.根据权利要求1所述的用于测试模拟水热管理系统的测试系统，其特征在于，还包括电源系统，所述电源系统与所述水热管理系统相连以提供所述水热管理系统运行所需要的电能。

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