CN215893691U - 一种用于燃料电池阴极路的测试系统 - Google Patents

Abstract

一种用于燃料电池阴极路的测试系统，包括：阴极容腔组件，包括阴极模拟容腔、第一电控阀；第二电控阀，其输入端用于连接增湿器的湿出端；第一阀件，其输入端用于连接增湿器的干入端；第一冷却装置，用于给空气压缩机进行降温；第二冷却装置，用于给中冷器进行降温；传感器组件，用于检测测试系统中压力、温度、流量；控制器，用于控制测试系统工作。本实用新型不需要将阴极路与燃料电池系统连接才能进行测试，极大提高了测试的便携性和安全性，同时也可以依靠一套测试系统实现对多种燃料电池阴极路的测试，此外，本实用新型为整体测试系统，可以一次性完成对整个燃料电池阴极路中设备的测试，进一步提高了测试效率。

Description

一种用于燃料电池阴极路的测试系统

技术领域

本实用新型属于燃料电池领域，具体涉及一种用于燃料电池阴极路的测试系统。

背景技术

燃料电池系统阴极路主要由空气滤清器、空气压缩机、中冷器、增湿器组成。随着国内对燃料电池及相关技术的推进，空气滤清器、空气压缩机、中冷器、增湿器等产品都已经实现了国产化，且可供选择的厂商、产品型号众多。因此，选取出能够让燃料电池使用的燃料电池阴极路中设备就显得极为重要。传统的方式主要是通过理论计算预选出燃料电池系统阴极路中的各个设备和传感器，然后直接将燃料电池系统阴极路与燃料电池系统连接进行测试，这种测试的操作难度大，且可控性也较差。

实用新型内容

本实用新型旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本实用新型提出一种用于燃料电池阴极路的测试系统，所述用于燃料电池阴极路的测试系统的结构简单，解决了燃料电池系统阴极路测试需要和燃料电池系统连接的问题。

根据本实用新型实施例的用于燃料电池阴极路的测试系统，包括：

阴极容腔组件，包括阴极模拟容腔、第一电控阀；所述阴极模拟容腔的输入端用于连接所述增湿器的干出端，输出端与所述第一电控阀的输入端连接；所述第一电控阀的输出端用于连接所述增湿器的湿入端；

第二电控阀，其输入端用于连接所述增湿器的湿出端；

第一阀件，其输入端用于连接所述增湿器的干入端；

第一冷却装置，用于给所述空气压缩机进行降温；

第二冷却装置，用于给所述中冷器进行降温；

传感器组件，至少用于检测所述阴极容腔组件中的压力和温度、以及所述第一阀件的流量；

控制器，分别与所述第一电控阀、第二电控阀、第一冷却装置、第二冷却装置、传感器组件电性连接。

根据本实用新型实施例的用于燃料电池阴极路的测试系统，至少具有如下技术效果：通过阴极容腔组件可以模拟阴极电堆容腔，通过第二电控阀和第一阀件可以实现对增湿器中进气和出气的调节，进而可以模仿然燃料电池阴极路处于不同工况时阴极电堆的通过情况。通过第一冷却装置和第二冷却装置可以为空气压缩机和中冷器提供冷却，以保证空气压缩机和中冷器的稳定运行。通过控制器可以实现对第一电控阀、第二电控阀、第一冷却装置、第二冷却装置精准控制。通过传感器组件可以实现对测试系统中压力、温度、流量进行检测，可以便于操作测试系统以准确完成测试，也可以实现对测试系统中的数据进行采集，便于后续进行测试结果分析。本实用新型实施例的用于燃料电池阴极路的测试系统相较于传统的测试方式而言，不需要将阴极路与燃料电池系统连接才能进行测试，极大提高了测试的便携性和安全性，同时也可以依靠一套测试系统实现对多种燃料电池阴极路的测试，此外，本实用新型的测试系统，为整体测试系统，可以一次性完成对整个燃料电池阴极路中空气滤清器、空气压缩机、中冷器、增湿器测试，进一步提高了测试效率。

根据本实用新型的一些实施例，上述用于燃料电池阴极路的测试系统还包括与所述第二电控阀输出端连接消音器。

根据本实用新型的一些实施例，所述传感器组件包括皆与所述控制器电性连接的：

第一温度传感器，用于检测所述阴极模拟容腔输入端的温度；

第一压力传感器，用于检测所述阴极模拟容腔输入端的压力；

第二压力传感器，用于检测所述第一电控阀输出端的压力；

第一流量计，用于检测所述第一阀件输出端的流量。

根据本实用新型的一些实施例，所述传感器组件还包括皆与所述控制器电性连接的：

第二流量计，用于检测空气滤清器出气口的流量；

第三压力传感器，用于检测所述空气压缩机进气口的压力；

第四压力传感器，用于检测所述空气压缩机出气口的压力；

第五压力传感器，用于检测所述中冷器出气口的压力；

第二温度传感器，用于检测所述中冷器进气口的温度；

第三温度传感器，用于检测所述中冷器出气口的温度。

根据本实用新型的一些实施例，所述第一冷却装置包括：

第一水箱，用于存储冷却水；

第一水泵，与所述控制器电性连接，用于将所述第一水箱中冷却水输入所述空气压缩机的冷却管系中并流回第一水箱。

根据本实用新型的一些实施例，所述第一冷却装置还包括第一膨胀水箱，所述第一膨胀水箱分别与所述第一水泵的输入端、第一水箱连接。

根据本实用新型的一些实施例，所述第二冷却装置包括：

第二水箱，用于存储冷却水；

第二水泵，与所述控制器电性连接，用于将所述第二水箱中冷却水输入所述中冷器的冷却管系中并流回第二水箱；

第二阀件，设置于所述第二水箱与所述第二水泵之间。

根据本实用新型的一些实施例，所述第二冷却装置还包括第二膨胀水箱，所述第二膨胀水箱分别与所述第二水泵的输入端、第二水箱连接。

根据本实用新型的一些实施例，上述用于燃料电池阴极路的测试系统还包括与所述控制器电性连接的外置空压机变频器，所述外置空压机变频器用于调节所述空气压缩机的工作频率。

根据本实用新型的一些实施例，上述用于燃料电池阴极路的测试系统还包括与所述控制器电性连接的显控单元。

本实用新型的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本实用新型的实践了解到。

附图说明

本实用新型的上述或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是本实用新型实施例的用于燃料电池阴极路的测试系统的管系图；

图2是本实用新型实施例的用于燃料电池阴极路的测试系统的电气系统框图。

附图标记：

阴极容腔组件110、阴极模拟容腔111、第一电控阀112、第二电控阀120、第一阀件130、第一冷却装置140、第一水箱141、第一水泵142、第一膨胀水箱143、第二冷却装置150、第二水箱151、第二水泵152、第二阀件153、第二膨胀水箱154、传感器组件160、第一温度传感器161、第一压力传感器162、第二压力传感器163、第一流量计164、第二流量计165、第三压力传感器166、第四压力传感器167、第五压力传感器168、第二温度传感器169、第三温度传感器1610、控制器170、消音器181、外置空压机变频器182、显控单元183、

增湿器210、空气压缩机220、中冷器230、空气滤清器240。

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，仅用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，涉及到方位描述，例如上、下、前、后、左、右等指示的方位，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。

在本实用新型的描述中，若干的含义是一个或者多个，多个的含义是两个以上，大于、小于、超过等理解为不包括本数，以上、以下、以内等理解为包括本数。如果有描述到第一、第二只是用于区分技术特征为目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。

本实用新型的描述中，除非另有明确的限定，设置、安装、连接等词语应做广义理解，所属技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本实用新型中的具体含义。

为了更为清晰的描述本实用新型实施例的测试系统，这里先对空气滤清器240、空气压缩机220、中冷器230、增湿器210的基本功能进行一个简述。

空气滤清器240：与传统空气压缩机220前端的滤清器作用基本一致，主要用来滤除空气中的污染物、颗粒及杂质，并在此基础上强化过滤能力，为阴极电堆提供符合其要求的空气。

空气压缩机220：燃料电池空气路最重要的零部件，燃料电池系统的空气气源。

中冷器230：主要负责冷却空气压缩机220压缩后的热空气，使空气温度达到电堆需求的工况。

增湿器210：对中冷器230冷却后的干空气进行加湿。

下面参考图1至图2描述根据本实用新型实施例的用于燃料电池阴极路的测试系统。

根据本实用新型实施例的用于燃料电池阴极路的测试系统，包括：阴极容腔组件110、第二电控阀120、第一阀件130、第一冷却装置140、第二冷却装置150、传感器组件160。

阴极容腔组件110，包括阴极模拟容腔111、第一电控阀112；阴极模拟容腔111的输入端用于连接增湿器210的干出端，输出端与第一电控阀112的输入端连接；第一电控阀112的输出端用于连接增湿器210的湿入端；

第二电控阀120，其输入端用于连接增湿器210的湿出端；

第一阀件130，其输入端用于连接增湿器210的干入端；

第一冷却装置140，用于给空气压缩机220进行降温；

第二冷却装置150，用于给中冷器230进行降温；

传感器组件160，至少用于检测阴极容腔组件110中的压力和温度、以及第一阀件130的流量；

控制器170，分别与第一电控阀112、第二电控阀120、第一冷却装置140、第二冷却装置150、传感器组件160电性连接。

参考图1、图2，第一冷却装置140和第二冷却装置150分别用于给空气压缩机220、中冷器230进行冷却，以保证空气压缩机220、中冷器230正常运行时的温度。阴极模拟容腔111可以模拟阴极电堆的空气通过情况，通过调节第一电控阀112可以改变阴极模拟容腔111出口压力，从而模拟电堆压降的情形。改变第二电控阀120可以改变整个阴极回路中的压力。改变第一阀件130的开度可以将进入增湿器210的空气分流一部分到大气中，达到调节增湿器210的干入端进气量的效果，最终实现模拟燃料电池系统壳体吹扫以及空气压缩机220风量流失的效果。在本实用新型的一些实施例中，阴极模拟容腔111可以直接采用粗金属管，粗金属管具体的粗细可以根据检测需求进行适当的调整。

在实际测试时，空气滤清器240、空气压缩机220、中冷器230、增湿器210构成的主管系上会设置多个用于检测温度和压力自有传感器，本实用新型的测试系统在进行测试时，便会直接利用这些自有传感器进行辅助测试。

在需要进行测试前，首先需要打开第一冷却装置140和第二冷却装置150，并让燃料电池阴极路投入工作，此时，增湿器210中会输出压缩空气到阴极模拟容腔111中，再通过第一阀件130调节进入阴极模拟容腔111中的压缩空气量，当传感器组件160检测到通过第一阀件130的空气流量满足试验需求时，便可以停止调节第一阀件130，至此准备工作完成，开始后续测试。

测试时，先将第二电控阀120的开度设为百分之百，将空气压缩机220的转速设定为最低转速，调节第一阀件130和第二冷却装置150中第二阀件153使空气压缩机220的运行参数值达到目标值，记录燃料电池阴极路中自有传感器检测到的空气滤清器240的出口流量、空气压缩机220的进出口压力、中冷器230的进出口温度、和中冷器230的出口压力，记录传感器组件160检测的阴极模拟容腔111输入端的压力和温度、第一电控阀112输出端的压力、第一阀件130输出端的流量。记录结束后，调节第二电控阀120的开度到不同的实验需求开度(例如：设置为百分之九十、百分之八十、……)，直至空气压缩机220出现喘振，在每次调节开度到新的试验需求开度时，都会重新调节第一阀件130和第二阀件153以保证空气压缩机220输出的压缩空气满足试验需求，并再一次记录自有传感器和传感器组件160检测的数据，以便后续利用记录的多组数据对燃料电池阴极路的特性进行分析。

此外需要说明，控制器170可以接收传感器组件160采集的所有温度、压力、流量等数据，可以实现对第一电控阀112、第二电控阀120、第一冷却装置140、第二冷却装置150工作状态的电动调节，因此，在控制器170内设置对各个部件的操作参数后，可以自动完成对第一电控阀112、第二电控阀120、第一冷却装置140、第二冷却装置150操作，以及压力、温度、流量数据的记录。记录完成后，测试人员可以调取控制器170记录的测试数据，以便查看和分析。

根据本实用新型实施例的用于燃料电池阴极路的测试系统，通过阴极容腔组件110可以模拟阴极电堆容腔，通过第二电控阀120和第一阀件130可以实现对增湿器210中进气和出气的调节，进而可以模仿然燃料电池阴极路处于不同工况时阴极电堆的通过情况。通过第一冷却装置140和第二冷却装置150可以为空气压缩机220和中冷器230提供冷却，以保证空气压缩机220和中冷器230的稳定运行。通过控制器170可以实现对第一电控阀112、第二电控阀120、第一冷却装置140、第二冷却装置150精准控制。通过传感器组件160可以实现对测试系统中压力、温度、流量进行检测，可以便于操作测试系统以准确完成测试，也可以实现对测试系统中的数据进行采集，便于后续进行测试结果分析。本实用新型实施例的用于燃料电池阴极路的测试系统相较于传统的测试方式而言，不需要将阴极路与燃料电池系统连接才能进行测试，极大提高了测试的便携性和安全性，同时也可以依靠一套测试系统实现对多种燃料电池阴极路的测试，此外，本实用新型的测试系统，为整体测试系统，可以一次性完成对整个燃料电池阴极路中空气滤清器240、空气压缩机220、中冷器230、增湿器210测试，进一步提高了测试效率。

在本实用新型的一些实施例中，参考图1，上述用于燃料电池阴极路的测试系统还包括与第二电控阀120输出端连接消音器181。消音器181可以消除测试中第二电控阀120排出尾气时产生的噪音，使测试环境更舒适。

在本实用新型的一些实施例中，参考图1，传感器组件160包括皆与控制器170电性连接的：第一温度传感器161、第一压力传感器162、第二压力传感器163、第一流量计164。第一温度传感器161，用于检测阴极模拟容腔111输入端的温度；第一压力传感器162，用于检测阴极模拟容腔111输入端的压力；第二压力传感器163，用于检测第一电控阀112输出端的压力；第一流量计164，用于检测第一阀件130输出端的流量。通过检测第一压力传感器162、第二压力传感器163、第一温度传感器161可以调整的检测阴极容腔组件110的模拟效果，以保证能够通过量化的方式来实现对阴极电堆的模拟，同时也可以记录测试过程中部分测试数据，便于后续测试人员进行分析。

在本实用新型的一些实施例中，燃料电池阴极路中并没有设置自有传感器，针对这一情况，传感器组件160还包括皆与控制器170电性连接的：第二流量计165、第三压力传感器166、第四压力传感器167、第五压力传感器168、第二温度传感器169、第三温度传感器1610。参考图1，第二流量计165，用于检测空气滤清器240出气口的流量；第三压力传感器166，用于检测空气压缩机220进气口的压力；第四压力传感器167，用于检测空气压缩机220出气口的压力；第五压力传感器168，用于检测中冷器230出气口的压力；第二温度传感器169，用于检测中冷器230进气口的温度；第三温度传感器1610，用于检测中冷器230出气口的温度。进而，通过传感器组件160即可完成对整个燃料电池阴极路和测试系统中测试需要的温度、压力、流量等数据的检测，提高了本实用新型的测试系统的适用性。

在本实用新型的一些实施例中，参考图1，第一冷却装置140包括：第一水箱141、第一水泵142。第一水箱141，用于存储冷却水；第一水泵142，与控制器170电性连接，用于将第一水箱141中冷却水输入空气压缩机220的冷却管系中并流回第一水箱141。第一水泵142、第一水箱141和空气压缩机220的冷却管系构成了一个冷却循环管系，在第一水泵142启动后，便可以利用第一水箱141中冷却液完成对空气压缩机220的冷却。

在本实用新型的一些实施例中，参考图1，第一冷却装置140还包括第一膨胀水箱143，第一膨胀水箱143分别与第一水泵142的输入端、第一水箱141连接。通过第一膨胀水箱143可以有效的完成对第一水泵142、第一水箱141和空气压缩机220的冷却管系构成冷却循环管系中冷却水的缓冲，保证冷却水供应的稳定。

在本实用新型的一些实施例中，参考图1，第二冷却装置150包括：第二水箱151、第二水泵152、第二阀件153。第二水箱151，用于存储冷却水；第二水泵152，与控制器170电性连接，用于将第二水箱151中冷却水输入中冷器230的冷却管系中并流回第二水箱151；第二阀件153，设置于第二水箱151与第二水泵152之间。,第二水泵152、第二水箱151和中冷器230的冷却管系构成了一个冷却循环管系，在第二水泵152启动后，便可以利用第二水箱151中冷却液完成对空气压缩机220的冷却。这里在第二水箱151与第二水泵152之间设置了第二阀件153，通过调节第二发件可以调节进入中冷器230中冷却水的流量，以保证中冷器230热交换的效果。

在本实用新型的一些实施例中，参考图1，第二冷却装置150还包括第二膨胀水箱154，第二膨胀水箱154分别与第二水泵152的输入端、第二水箱151连接。通过第二膨胀水箱154可以有效的完成对第二水泵152、第二水箱151、第二阀件153和中冷器230的冷却管系构成冷却循环管系中冷却水的缓冲，保证冷却水供应的稳定。

在本实用新型的一些实施例中，为了节约空气压缩机220的成本，部分空气压缩机220并不会设置内置空压机变频器，此时，为了保证对空气压缩机220的测试效果，参考图1，上述用于燃料电池阴极路的测试系统还包括与控制器170电性连接的外置空压机变频器182，外置空压机变频器182用于调节空气压缩机220的工作频率。

在本实用新型的一些实施例中，参考图2，上述用于燃料电池阴极路的测试系统还包括与控制器170电性连接的显控单元183。通过显控单元183可以便于测试人员在本地查看测试数据，或在本地修改测试参数。显控单元183可以显示屏和按键的组合结构，或直接采用液晶触摸屏。

在本实用新型的一些实施例中，控制器170可以采用PLC、DSP、单片机或ARM。具体可以采用西门子S7系列PLC。在本实用新型的一些实施例中，可以采用控制器170和显控单元183组合的机构，例如：采用平板电脑、嵌入式操作装置等集成好的产品。

在本实用新型的一些实施例中，控制器170还连接有通讯模块，可以通过通讯模块实现与远程计算机的通讯，以实现远程完成试验。在本实用新型的一些实施例中，第一阀件130和第二阀件153也采用电控阀，以保证试验中，对第一阀件130和第二阀件153的调节也可以通过控制器170完成，能够实现在测试本地无人化，保证试验时人员的安全度和舒适度。

尽管上述结合附图对本实用新型实施例作了详细说明，但是本实用新型不限于上述实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本实用新型的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

1.一种用于燃料电池阴极路的测试系统，其特征在于，包括：

阴极容腔组件(110)，包括阴极模拟容腔(111)、第一电控阀(112)；所述阴极模拟容腔(111)的输入端用于连接增湿器(210)的干出端，输出端与所述第一电控阀(112)的输入端连接；所述第一电控阀(112)的输出端用于连接所述增湿器(210)的湿入端；

第二电控阀(120)，其输入端用于连接所述增湿器(210)的湿出端；

第一阀件(130)，其输入端用于连接所述增湿器(210)的干入端；

第一冷却装置(140)，用于给空气压缩机(220)进行降温；

第二冷却装置(150)，用于给中冷器(230)进行降温；

传感器组件(160)，至少用于检测所述阴极容腔组件(110)中的压力和温度、以及所述第一阀件(130)的流量；

控制器(170)，分别与所述第一电控阀(112)、第二电控阀(120)、第一冷却装置(140)、第二冷却装置(150)、传感器组件(160)电性连接。

2.根据权利要求1所述的用于燃料电池阴极路的测试系统，其特征在于，还包括与所述第二电控阀(120)输出端连接消音器(181)。

3.根据权利要求1所述的用于燃料电池阴极路的测试系统，其特征在于，所述传感器组件(160)包括皆与所述控制器(170)电性连接的：

第一温度传感器(161)，用于检测所述阴极模拟容腔(111)输入端的温度；

第一压力传感器(162)，用于检测所述阴极模拟容腔(111)输入端的压力；

第二压力传感器(163)，用于检测所述第一电控阀(112)输出端的压力；

第一流量计(164)，用于检测所述第一阀件(130)输出端的流量。

4.根据权利要求3所述的用于燃料电池阴极路的测试系统，其特征在于，所述传感器组件(160)还包括皆与所述控制器(170)电性连接的：

第二流量计(165)，用于检测空气滤清器(240)出气口的流量；

第三压力传感器(166)，用于检测所述空气压缩机(220)进气口的压力；

第四压力传感器(167)，用于检测所述空气压缩机(220)出气口的压力；

第五压力传感器(168)，用于检测所述中冷器(230)出气口的压力；

第二温度传感器(169)，用于检测所述中冷器(230)进气口的温度；

第三温度传感器(1610)，用于检测所述中冷器(230)出气口的温度。

5.根据权利要求1所述的用于燃料电池阴极路的测试系统，其特征在于，所述第一冷却装置(140)包括：

第一水箱(141)，用于存储冷却水；

第一水泵(142)，与所述控制器(170)电性连接，用于将所述第一水箱(141)中冷却水输入所述空气压缩机(220)的冷却管系中并流回第一水箱(141)。

6.根据权利要求5所述的用于燃料电池阴极路的测试系统，其特征在于，所述第一冷却装置(140)还包括第一膨胀水箱(143)，所述第一膨胀水箱(143)分别与所述第一水泵(142)的输入端、第一水箱(141)连接。

7.根据权利要求1所述的用于燃料电池阴极路的测试系统，其特征在于，所述第二冷却装置(150)包括：

第二水箱(151)，用于存储冷却水；

第二水泵(152)，与所述控制器(170)电性连接，用于将所述第二水箱(151)中冷却水输入所述中冷器(230)的冷却管系中并流回第二水箱(151)；

第二阀件(153)，设置于所述第二水箱(151)与所述第二水泵(152)之间。

8.根据权利要求7所述的用于燃料电池阴极路的测试系统，其特征在于，所述第二冷却装置(150)还包括第二膨胀水箱(154)，所述第二膨胀水箱(154)分别与所述第二水泵(152)的输入端、第二水箱(151)连接。

9.根据权利要求1所述的用于燃料电池阴极路的测试系统，其特征在于，还包括与所述控制器(170)电性连接的外置空压机变频器(182)，所述外置空压机变频器(182)用于调节所述空气压缩机(220)的工作频率。

10.根据权利要求1所述的用于燃料电池阴极路的测试系统，其特征在于，还包括与所述控制器(170)电性连接的显控单元(183)。

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