CN217239520U

CN217239520U - 一种燃料电池检测系统

Info

Publication number: CN217239520U
Application number: CN202220496929.8U
Authority: CN
Inventors: 肖燕
Original assignee: Hunan Exepu Technology Co ltd
Current assignee: Hunan Exepu Technology Co ltd
Priority date: 2022-03-07
Filing date: 2022-03-07
Publication date: 2022-08-19
Anticipated expiration: 2032-03-07

Abstract

本申请涉及一种燃料电池检测系统，所述系统包括：工作站，与待测燃料电池一一对应的燃料电池测试台，与燃料电池测试台一一对应的直流转换器子系统、散热系统以及模式切换模块，储能系统以及回馈式电子负载；待测燃料电池安装在燃料电池测试台上，燃料电池测试台与模式切换模块连接，模式切换模块与直流转换器子系统的输入端和散热系统连接，直流转换器子系统的输出端与回馈式电子负载连接，储能系统与回馈式电子负载连接；模式切换模块、直流转换器子系统以及储能系统与燃料电池测试台连接；工作站与燃料电池测试台通过网络连接。本系统可以实现燃料电池不同模式的测试，避免测试平台的重复建设，节约资源。

Description

一种燃料电池检测系统

技术领域

本申请涉及燃料电池测试技术领域，特别是涉及一种燃料电池检测系统。

背景技术

燃料电池技术在逐步商用化过程中，对包括燃料电池电堆、燃料电池系统乃至燃料电池发动机的大规模研究、验证、测试工作会越来越普遍。燃料电池需要在不同组合模式下进行测试，现有的检测系统不能满足测试要求，需要搭建不同的测试系统来实现，这样重复建设会带来资源的浪费。

实用新型内容

基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种燃料电池检测系统。

一种燃料电池检测系统，所述燃料电池检测系统包括：工作站，与待测燃料电池一一对应的燃料电池测试台，与所述燃料电池测试台一一对应的直流转换器子系统、散热系统以及模式切换模块，储能系统以及回馈式电子负载。

所述直流转换器子系统包括内部直流转换器和外部直流转换器；所述散热系统包括内部散热系统和外部散热系统；

所述待测燃料电池安装在所述燃料电池测试台上，所述燃料电池测试台与所述模式切换模块连接，所述模式切换模块与所述内部直流转换器和所述外部直流转换器的输入端、所述内部散热系统以及外部散热系统连接，所述内部直流转换器和所述外部直流转换器的输出端与所述回馈式电子负载连接，所述储能系统与所述回馈式电子负载连接；所述模式切换模块、所述内部直流转换器、所述外部直流转换器以及所述储能系统与所述燃料电池测试台连接；所述工作站与所述燃料电池测试台通过网络连接。

进一步的，所述燃料电池测试台包括测试台架、检测系统上位机、燃料电池发动机监测子系统、燃料电池系统温度控制子系统、氢气供给单元、空气供给单元、氮气供给单元，管路吹扫单元、尾气排放单元、低压辅助电源以及高压电源。

所述燃料电池发动机监测子系统包括传感器模块、尾排氢气浓度分析仪以及数据采集模块；所述传感器模块用于测量燃料电池工作过程中的参数；所述尾排氢气浓度分析仪安装在尾气排放单元；所述传感器模块与所述数据采集模块连接，所述数据采集模块和所述尾排氢气浓度分析仪与所述检测系统上位机通过CAN总线连接；所述检测系统上位机与所述工作站通过网络连接。

所述氢气供给单元、所述空气供给单元、所述氮气供给单元以及所述燃料电池系统温度控制子系统与所述待测燃料电池连接。

所述测试台架用于安装待测燃料电池。

所述高压电源用于给氢气供给单元、空气供给单元以及氮气供给单元提供电源；所述低压辅助电源用于给燃料电池系统散热风扇提供电源。

进一步的，所述传感器模块包括：电堆输出电压传感器、电堆输出电流传感器、温度传感器、氢气流量传感器、空气流量传感器、外部冷却水流量计、阳极气体压力传感器、冷却液和阴极空气压力传感器、阴极气体和冷却液压力传感器、H2气体压力传感器、电导率、氢浓度报警传感器。

所述电堆输出电压传感器安装在待测燃料电池的电池堆输出电压；所述电堆输出电流传感器用于实时监测待测燃料电池的电池堆输出电流。

所述温度传感器用于测量冷却水的温度和提供给待测燃料电池的氢气、空气的温度。

所述氢气流量传感器安装在所述氢气供给单元内。

所述空气流量传感器安装在所述空气供给单元内。

所述外部冷却水流量计安装在所述散热系统内。

所述阳极气体压力传感器安装在氢气供给单元中氢气喷射器前的位置。

所述冷却液和阴极空气压力传感器安装在燃料电池系统温度控制子系统看靠近待测燃料电池发动机的位置。

所述阴极气体和冷却液压力传感器安装在燃料电池系统温度控制子系统看靠近测试台架的位置。

所述H2气体压力传感器安装在所述氢气供给单元靠近测试台架的位置。

所述电导率安装在燃料电池系统温度控制子系统中。

所述氢浓度报警传感器安装在所述燃料电池检测系统所在的空间内。

进一步的，所述燃料电池系统温度控制子系统包括水冷却系统和DC/DC散热系统。

进一步的，所述氢气供给单元包括储氢系统、实验室的氢气集装格以及切换单元；所述储氢系统、所述实验室的氢气集装格与所述待测燃料电池通过氢气管道连接；所述切换单元安装在连接所述氢气管道上。

进一步的，所述切换单元包括两个高压气动阀。

进一步的，所述模式切换模块包括两个高压气动阀。

进一步的，所述燃料电池检测系统还包括安全联动保护子系统，所述安全联动保护子系统包括数据采集传感器模块、检测仪器、防爆视频监控器、安全联动主机以及与安防联动主机配套的报警装置、远程通信报警系统。

所述数据采集传感器模块包括安装在实验室内的氢气浓度传感器、火焰传感器、红外温度传感器、烟雾传感器、氮气浓度传感器以及露点湿度传感器；安装在实验室管道上的氢气流量传感器、氮气流量传感器、空气流量传感器以及水流量传感器。

所述防爆视频监控器安装在实验室内。

所述氢气浓度传感器、火焰传感器、红外温度传感器、烟雾传感器、氮气浓度传感器、露点湿度传感器、氢气流量传感器、氮气流量传感器、空气流量传感器、水流量传感器、所述检测仪器、所述防爆视频监控器、远程通信报警系统以及所述报警装置与所述安全联动主机连接，所述安全联动主机与所述上位机连接。

进一步的，所述待测燃料电池为单个300KW及以下的燃料电池时，所述燃料电池检测系统包括1个燃料电池测试台，所述外部直流转换器包括两个150KW的直流转换器；两个直流转换器并联后的一端与模式切换模块连接，另一端与所述储能系统和所述回馈式电子负载连接。

进一步的，所述待测燃料电池为两个150KW及以下的燃料电池时，所述燃料电池检测系统包括两个燃料电池测试台，所述外部直流转换器包括1个150KW直流转换器；150KW的直流转换器的输入端与对应所述模式切换模块连接，两个燃料电池测试平台的150KW的直流转换器的输出端并接后与所述储能系统和所述回馈式电子负载连接。

上述一种燃料电池检测系统，所述系统包括：工作站，与待测燃料电池一一对应的燃料电池测试台，与燃料电池测试台一一对应的直流转换器子系统、散热系统以及模式切换模块，储能系统以及回馈式电子负载；待测燃料电池安装在燃料电池测试台上，燃料电池测试台与模式切换模块连接，模式切换模块与直流转换器子系统的输入端和散热系统连接，直流转换器子系统的输出端与回馈式电子负载连接，储能系统与回馈式电子负载连接；模式切换模块、直流转换器子系统以及储能系统与燃料电池测试台连接；工作站与燃料电池测试台通过网络连接。本系统可以实现燃料电池不同模式的测试，避免测试平台的重复建设，节约资源。

附图说明

图1为一个实施例中燃料电池检测系统的结构框图；

图2为一个实施例中1*300KW测试方案原理图；

图3为一个实施例中2*150KW测试方案原理图。

具体实施方式

为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。

在一个实施例中，如图1所示，提供了一种燃料电池检测系统，该系统包括：工作站10，与待测燃料电池一一对应的燃料电池测试台20，与燃料电池测试台一一对应的直流转换器(DC/DC)子系统30、散热系统40以及模式切换模块50，储能系统60以及回馈式电子负载70。作为优选，回馈式电子负载70为。Chroma17040回馈式电子负载，其输入电压范围为DC：0-1000V，功率单台180KW，配备2台共计360KW。具备CV、CC、CP、CR运行模式，可通过人机界面设计车辆工况负载曲线，满足系统各种拉载测试需求；具备双向功能，能够设置充电曲线为储能系统充电。

直流转换器子系统30包括内部直流转换器和外部直流转换器；40散热系统包括内部散热系统和外部散热系统；

待测燃料电池安装在燃料电池测试台10上，燃料电池测试台10与模式切换模块50连接，模式切换模块50与内部直流转换器和外部直流转换器的输入端、内部散热系统以及外部散热系统连接，内部直流转换器和外部直流转换器的输出端与回馈式电子负载70连接，储能系统60与述回馈式电子负载70连接；模式切换模块50、内部直流转换器、外部直流转换器以及储能系统60与燃料电池测试台20连接；工作站与所述燃料电池测试台20通过网络连接。

该燃料电池检测系统可实现对燃料电池发电系统(下称测试对象1)、燃料电池系统+散热系统+DC/DC(下称测试对象2)，测试对象2的测试根据系统配置情况，分为燃料电池系统+散热系统+DC/DC、燃料电池系统+散热系统、燃料电池系统+DC/DC三种方案。

该燃料电池检测系统的测试方案分为1*300kW(及其以下)、2*150kW(及其以下)两种，针对测试对象1的测试，散热系统和DC/DC采用检测系统的设备，针对测试对象2的测试，散热系统和DC/DC采用外部提供的设备。散热系统和DC/DC系统能够在燃料电池测试台内与燃料电池测试台外之间通过模式切换模块进行切换。

该燃料电池检测系统对于燃料电池发动机性能测试、安全性测试，可满足单台300KW(及其以下)燃料电池发动机的测试需求，可测试两台并联150kW(及其以下)燃料电池发动机，控制系统具备客制化软体操作接口，功能操作简单，用户可自行编辑测试项目、测试命令等进行二次开发，具有一套能量管理控制系统。

上述一种燃料电池检测系统中，所述系统包括：工作站，与待测燃料电池一一对应的燃料电池测试台，与燃料电池测试台一一对应的直流转换器子系统、散热系统以及模式切换模块，储能系统以及回馈式电子负载；待测燃料电池安装在燃料电池测试台上，燃料电池测试台与模式切换模块连接，模式切换模块与直流转换器子系统的输入端和散热系统连接，直流转换器子系统的输出端与回馈式电子负载连接，储能系统与回馈式电子负载连接；模式切换模块、直流转换器子系统以及储能系统与燃料电池测试台连接；工作站与燃料电池测试台通过网络连接。本系统可以实现燃料电池不同模式的测试，避免测试平台的重复建设，节约资源。

进一步的，燃料电池测试台包括测试台架、检测系统上位机、燃料电池发动机监测子系统、燃料电池系统温度控制子系统、氢气供给单元、空气供给单元、氮气供给单元，管路吹扫单元、尾气排放单元、低压辅助电源以及高压电源；燃料电池发动机监测子系统包括传感器模块、尾排氢气浓度分析仪以及数据采集模块；传感器模块用于测量燃料电池工作过程中的参数；尾排氢气浓度分析仪安装在尾气排放单元；传感器模块与数据采集模块连接，数据采集模块和尾排氢气浓度分析仪与检测系统上位机通过CAN总线连接；检测系统上位机与工作站通过网络连接；氢气供给单元、空气供给单元、氮气供给单元以及燃料电池系统温度控制子系统与待测燃料电池连接；测试台架用于安装待测燃料电池；高压电源用于给氢气供给单元、空气供给单元以及氮气供给单元提供电源；低压辅助电源用于给燃料电池系统散热风扇提供电源。

具体的，该系统还能实现能量管理控制功能，上位机实时读取储能系统的SOC数据，当储能系统的SOC处于高电量区时，以储能系统输出为主，发动机台架输出为辅；当储能系统的SOC处于中电量区时，储能系统，发动机台架输出基本保持一致；当储能系统的SOC处于低电量区时，以发动机台架输出为辅，以储能系统输出为辅；当储能系统的SOC低于设定容量时，测试系统能给储能系统充电。

低压辅助电源选用Chroma 62015B-150-10(150V/10A/1500W)，主要用于燃料电池发动机系统散热风散等周边零组件提供电源使其稳定运转使用(4台并联规格:6kW/150V/40A)，共两套。

进一步的，传感器模块包括：电堆输出电压传感器、电堆输出电流传感器、温度传感器、氢气流量传感器、空气流量传感器、外部冷却水流量计、阳极气体压力传感器、冷却液和阴极空气压力传感器、阴极气体和冷却液压力传感器、H2气体压力传感器、电导率、氢浓度报警传感器；电堆输出电压传感器安装在待测燃料电池的电池堆输出电压；电堆输出电流传感器用于实时监测待测燃料电池的电池堆输出电流；温度传感器用于测量冷却水的温度和提供给待测燃料电池的氢气、空气的温度；氢气流量传感器安装在氢气供给单元内；空气流量传感器安装在空气供给单元内；外部冷却水流量计安装在散热系统内；阳极气体压力传感器安装在氢气供给单元中氢气喷射器前的位置；冷却液和阴极空气压力传感器安装在燃料电池系统温度控制子系统看靠近待测燃料电池发动机的位置；阴极气体和冷却液压力传感器安装在燃料电池系统温度控制子系统看靠近测试台架的位置；H2气体压力传感器安装在氢气供给单元靠近测试台架的位置；电导率安装在燃料电池系统温度控制子系统中；氢浓度报警传感器安装在燃料电池检测系统所在的空间内。

作为优选，传感器模块的传感器的具体参数、数量和用途如表1所示。

表1传感器的具体参数、数量和用途一览表

进一步的，燃料电池系统温度控制子系统包括水冷却系统和DC/DC散热系统。作为优选，选用的水冷却系统和DC/DC散热系统的具体参数如表2所示。

表2水冷却系统和DC/DC散热系统的具体参数

其中：流阻取决管路设计尺寸，与流路有关。

进一步的，氢气供给单元包括储氢系统、实验室的氢气集装格以及切换单元；储氢系统、实验室的氢气集装格与待测燃料电池通过氢气管道连接；切换单元安装在连接氢气管道上。

进一步的，切换单元包括两个高压气动阀。

进一步的，模式切换模块包括两个高压气动阀。

进一步的，燃料电池检测系统还包括安全联动保护子系统，安全联动保护子系统包括数据采集传感器模块、检测仪器、防爆视频监控器、安全联动主机以及与安防联动主机配套的报警装置、远程通信报警系统；数据采集传感器模块包括安装在实验室内的氢气浓度传感器、火焰传感器、红外温度传感器、烟雾传感器、氮气浓度传感器以及露点湿度传感器；安装在实验室管道上的氢气流量传感器、氮气流量传感器、空气流量传感器以及水流量传感器；防爆视频监控器安装在实验室内；氢气浓度传感器、火焰传感器、红外温度传感器、烟雾传感器、氮气浓度传感器、露点湿度传感器、氢气流量传感器、氮气流量传感器、空气流量传感器、水流量传感器、检测仪器、防爆视频监控器、远程通信报警系统以及报警装置与安全联动主机连接，安全联动主机与上位机连接。

进一步的，待测燃料电池为单个300KW及以下的燃料电池时，燃料电池检测系统包括1个燃料电池测试台，外部直流转换器包括两个150KW的直流转换器；两个直流转换器并联后的一端与模式切换模块连接，另一端与储能系统和回馈式电子负载连接。

具体的，1*300kW(及其以下)测试方案如图2所示。燃料电池检测系统1*300kW(及其以下)测试方案：当测试对象为300kW(及其以下)，则两组待测物150kW+150kW并联输出至同一电子负载，此时测试设备将于DC/DC输出端以relay等治具将其并联为二合一输出至电子负载进行测试；同时系统外部散热系统、DC/DC、储氢系统使用OMAL的OD404-74高压气动阀通过缓存器命令依据客户设定工况点所需开启或关闭进行控制的方式能够在检测系统与检测系统之外切换。实现对单套300kW及其以下功率的测试对象1、测试对象2的测试需求，并能够读取单套燃料电池系统的氢气、散热、电流、电压等数据，能够发送控制指令。

进一步的，待测燃料电池为两个150KW及以下的燃料电池时，燃料电池检测系统包括两个燃料电池测试台，外部直流转换器包括1个150KW直流转换器；150KW的直流转换器的输入端与对应模式切换模块连接，两个燃料电池测试平台的150KW的直流转换器的输出端并接后与储能系统和回馈式电子负载连接。

具体的，2*150kW(及其以下)测试方案如图3所示。燃料电池检测系统由2台150KW氢燃料电池测试台、储能系统以及其散热系统，DC/DC子系统组成。各150kW的系统于输入端都有各自独立的数据采集系统、氢、氧供给系统及冷却系统，同时系统外部散热系统、DC/DC、储氢系统使用OMAL的OD404-74高压气动阀通过缓存器命令依据客户设定工况点所需开启或关闭进行控制的方式能够在检测系统与检测系统之外切换。满足对150kW(含150KW以下功率)进行完整的独立测试，实现分别对单套150kW及其以下功率的测试对象1、测试对象2的测试需求，检测系统软件能够独立读取单套燃料电池系统的氢气、散热、电流、电压等数据，能够独立发送控制指令。

燃料电池检测系统的工作工程中，上位机可以自动通过CAN总线通信控制燃料电池发动机运行，同时可以对现场的采集的数据进行采集，通过LAN通讯总线方式将数据上传至工作站，工作站可以对参数进行存储、分析，形成相应的报表及曲线，对出现的故障进行报警，也可以根据反馈参数，对气体流量、负载等运行状态进行调整，使得整套系统能够稳定运行。

可监控和开放数据:轨道发动机空气进气温度/流量/压力；发动机氢气进气压力/流量/温度/累计消耗量；冷冻水进出口温度/压力；发动机冷却液温度/压力/流量/电导率；燃料电池发动机输出电压/电流/功率；燃料电池发动机绝缘电阻；回馈式电子负载电压/电流/功率；低压辅助电源的电压/电流/功率/供电量；高压辅助电源电压/电流/功率/供电量；氢气浓度监测LEL％；各电子阀门开合状态，通过CAN读取燃料电池轨道发动机内部数据及测试相关参数。

以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims

1.一种燃料电池检测系统，其特征在于，所述燃料电池检测系统包括：工作站，与待测燃料电池一一对应的燃料电池测试台，与所述燃料电池测试台一一对应的直流转换器子系统、散热系统以及模式切换模块，储能系统以及回馈式电子负载；

2.根据权利要求1所述的燃料电池检测系统，其特征在于，所述燃料电池测试台包括测试台架、检测系统上位机、燃料电池发动机监测子系统、燃料电池系统温度控制子系统、氢气供给单元、空气供给单元、氮气供给单元，管路吹扫单元、尾气排放单元、低压辅助电源以及高压电源；

所述燃料电池发动机监测子系统包括传感器模块、尾排氢气浓度分析仪以及数据采集模块；所述传感器模块用于测量燃料电池工作过程中的参数；所述尾排氢气浓度分析仪安装在尾气排放单元；所述传感器模块与所述数据采集模块连接，所述数据采集模块和所述尾排氢气浓度分析仪与所述检测系统上位机通过CAN总线连接；所述检测系统上位机与所述工作站通过网络连接；

所述氢气供给单元、所述空气供给单元、所述氮气供给单元以及所述燃料电池系统温度控制子系统与所述待测燃料电池连接；

所述测试台架用于安装待测燃料电池；

3.根据权利要求2所述的燃料电池检测系统，其特征在于，所述传感器模块包括：电堆输出电压传感器、电堆输出电流传感器、温度传感器、氢气流量传感器、空气流量传感器、外部冷却水流量计、阳极气体压力传感器、冷却液和阴极空气压力传感器、阴极气体和冷却液压力传感器、H2气体压力传感器、电导率、氢浓度报警传感器；

所述电堆输出电压传感器安装在待测燃料电池的电池堆输出电压；所述电堆输出电流传感器用于实时监测待测燃料电池的电池堆输出电流；

所述温度传感器用于测量冷却水的温度和提供给待测燃料电池的氢气、空气的温度；

所述氢气流量传感器安装在所述氢气供给单元内；

所述空气流量传感器安装在所述空气供给单元内；

所述外部冷却水流量计安装在所述散热系统内；

所述阳极气体压力传感器安装在氢气供给单元中氢气喷射器前的位置；

所述冷却液和阴极空气压力传感器安装在燃料电池系统温度控制子系统靠近待测燃料电池发动机的位置；

所述阴极气体和冷却液压力传感器安装在燃料电池系统温度控制子系统靠近测试台架的位置；

所述H2气体压力传感器安装在所述氢气供给单元靠近测试台架的位置；

所述电导率安装在燃料电池系统温度控制子系统中；

4.根据权利要求2所述的燃料电池检测系统，其特征在于，所述燃料电池系统温度控制子系统包括水冷却系统和DC/DC散热系统。

5.根据权利要求2所述的燃料电池检测系统，其特征在于，所述氢气供给单元包括储氢系统、实验室的氢气集装格以及切换单元；所述储氢系统、所述实验室的氢气集装格与所述待测燃料电池通过氢气管道连接；所述切换单元安装在连接所述氢气管道上。

6.根据权利要求5所述的燃料电池检测系统，其特征在于，所述切换单元包括两个高压气动阀。

7.根据权利要求2-6任一项所述的燃料电池检测系统，其特征在于，所述模式切换模块包括两个高压气动阀。

8.根据权利要求7所述的燃料电池检测系统，其特征在于，所述燃料电池检测系统还包括安全联动保护子系统，所述安全联动保护子系统包括数据采集传感器模块、检测仪器、防爆视频监控器、安全联动主机以及与安防联动主机配套的报警装置、远程通信报警系统；

所述数据采集传感器模块包括安装在实验室内的氢气浓度传感器、火焰传感器、红外温度传感器、烟雾传感器、氮气浓度传感器以及露点湿度传感器；安装在实验室管道上的氢气流量传感器、氮气流量传感器、空气流量传感器以及水流量传感器；

所述防爆视频监控器安装在实验室内；

9.根据权利要求1所述的燃料电池检测系统，其特征在于，所述待测燃料电池为单个300KW及以下的燃料电池时，所述燃料电池检测系统包括1个燃料电池测试台，所述外部直流转换器包括两个150KW的直流转换器；两个直流转换器并联后的一端与模式切换模块连接，另一端与所述储能系统和所述回馈式电子负载连接。

10.根据权利要求1所述的燃料电池检测系统，其特征在于，所述待测燃料电池为两个150KW及以下的燃料电池时，所述燃料电池检测系统包括两个燃料电池测试台，所述外部直流转换器包括1个150KW直流转换器；150KW的直流转换器的输入端与对应所述模式切换模块连接，两个燃料电池测试平台的150KW的直流转换器的输出端并接后与所述储能系统和所述回馈式电子负载连接。