CN218349780U - 一种燃料电池空气路测试装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种燃料电池空气路测试装置，属于燃料电池技术领域，解决了现有技术无法单独且有效地测试燃料电池空气零部件的问题。该测试装置包括环境仓模块、电堆模拟模块、控制模块。其中，环境仓模块，包括环境仓壳体，设于该壳体内用于放置待测空气路零部件的置入机构，设于该壳体上用于设置仓内环境气压、气温、气体湿度以模拟空气路应用工况的调节装置。电堆模拟模块，其气体端口与环境仓模块内置入机构上待测空气路零部件的对应气体端口连通。控制模块，其输出端与环境仓模块内调节装置的控制端连接。该测试装置可以全面地模拟海拔、湿度、温度等高寒高海拔地区以及天气因素对燃料电池空气路零部件的性能影响。

Description

一种燃料电池空气路测试装置

技术领域

本实用新型涉及燃料电池技术领域，尤其涉及一种燃料电池空气路测试装置。

背景技术

氢燃料电池是一种将氢气和氧气中的化学能通过电化学反应直接转化为电能、热能和其他反应产物的发电装置。

氢燃料电池的空气路比较复杂且涉及的零部件较多，要求其能适应低温环境、低气压高海拔环境以及各种极端环境。在燃料电池出厂之前需要对其空气路的零部件在不同环境下展开测试，以验证该燃料电池空气路的性能。

现有的测试系统大多采用环境仓，成本较高，不适合单个空气路零部件测试，且不能全面地模拟海拔、湿度、温度等，难以模拟高寒、高海拔、高温地区天气因素对零部件性能的影响，导致目前市面上的燃料电池产品用户体验不佳。

实用新型内容

鉴于上述的分析，本实用新型实施例旨在提供一种燃料电池空气路测试装置，用以解决现有技术无法单独且有效地测试燃料电池空气零部件的问题。

一方面，本实用新型实施例提供了一种燃料电池空气路测试装置，包括：

环境仓模块，包括具有中空密闭结构的环境仓壳体，设于该壳体内用于放置待测空气路零部件的置入机构，设于该壳体上用于设置仓内环境气压、气温、气体湿度以模拟空气路应用工况的调节装置；

电堆模拟模块，其气体端口与环境仓模块内置入机构上待测空气路零部件的对应气体端口连通；

控制模块，其输出端与环境仓模块内调节装置的控制端连接。

上述技术方案的有益效果如下：能够精确地模拟待测空气路零部件在不同环境、不同工况下的运行状态。通过调节装置设置仓内环境气压后，可实现待测空气路零部件在预设海拔工况下运行状态的模拟。通过调节装置设置仓内气温后，可实现待测空气路零部件在预设环境温度下运行状态的模拟。通过调节装置设置仓内气体湿度后，可实现待测空气路零部件在预设环境湿度下运行状态的模拟。通过上述海拔模拟、温度模拟、湿度模拟可以全面地模拟海拔、湿度、温度等高寒高海拔地区以及天气因素对空气路零部件性能的影响。装置简单，占用空间小，适合单个、多个空气路零部件的测试以及整个燃料电池空气路子系统的测试。

基于上述装置的进一步改进，所述燃料电池空气路测试装置应用于燃料电池空气路子系统的测试，或应用于单个或2个以上待测空气路零部件的测试；其中，

待测空气路零部件为空压机、进口节气门、出口节气门、废气再循环阀、加湿器中的一个。

进一步，所述调节装置进一步包括真空泵、空调机和鼓泡加湿器；其中，

空调机的室内机设于环境仓壳体的内侧壁顶部，室外机设于环境仓壳体的外部环境中。

进一步，所述环境仓壳体的内侧壁顶部还布设有传感子模块；其中，

传感子模块进一步包括气体温度传感器、气体压力传感器、气体湿度传感器；传感子模块的输出端与控制模块的输入端连接。

进一步，该燃料电池空气路测试装置还包括排气消音器；其中，

排气消音器设于环境仓壳体的外部环境中，其输入端分别与环境仓模块内空气路零部件的气体输出管路、真空泵的气体输出管路以及电堆模拟模块的气体输出管路连接。

进一步，所述电堆模拟模块包括电堆壳体，设于电堆壳体内集成于一体的入口气体传感器、气体加热器、减压阀、加湿器和出口气体传感器；其中，

气体加热器、减压阀、加湿器依次串联；

入口气体传感器设于电堆模拟模块的进气端，出口气体传感器设于电堆模拟模块的出气端。

进一步，电堆模拟模块内还集成了三通泄流阀；其中，

所述三通泄流阀的输入端接减压阀的输出端，其第一泄压端接加湿器的进气口，其第二泄压端接设于环境仓壳体外部的排气消音器。

进一步，所述电堆模拟模块内的加湿器进一步包括并联设置的喷淋加湿器、鼓泡加湿器；并且，

所述电堆模拟模块内的加湿器具有两种启动模式控制键，其中，启动模式一控制键用于控制喷淋加湿器单独启动以模拟电堆低电密点工况，启动模式二控制键用于控制鼓泡加湿器与喷淋加湿器一起启动以模拟电堆高电密点工况。

进一步，所述控制模块进一步包括控制器和上位机；其中，

控制器的输入端分别接环境仓模块内传感子模块、电堆模拟模块内入口传感器与出口传感器的输出端，其输出端分别接环境仓模块内调节装置的控制端、电堆模拟模块的控制端，其数据通信端与用于人机交互、数据显示、存储的上位机相连。

进一步，所述控制模块还包括控制壳体，控制器和上位机集成于控制壳体的内部，该控制壳体上设有外部电气接口、电堆模拟模块接口；其中，

外部电气接口分别接环境仓模块内调节装置的控制端、待测空气路零部件的控制端；

电堆模拟模块接口接电堆模拟模块的控制端。

与现有技术相比，本实用新型至少可实现如下有益效果之一：

1、能精确地模拟燃料电池空气路零部件在不同环境、不同工况下的运行。

2、电堆模拟模块可大范围控制空气路气压、流量、流阻、温度、湿度的变化，提高了测试数据的可靠性。

3、能精确地预测零部件的耐久性、环境适应性，为控制策略的优化提供依据。

提供实用新型内容部分是为了以简化的形式来介绍对概念的选择，它们在下文的具体实施方式中将被进一步描述。实用新型内容部分无意标识本公开的重要特征或必要特征，也无意限制本公开的范围。

附图说明

通过结合附图对本公开示例性实施例进行更详细的描述，本公开的上述以及其它目的、特征和优势将变得更加明显，其中，在本公开示例性实施例中，相同的参考标号通常代表相同部件。

图1示出了实施例1燃料电池空气路测试装置组成示意图；

图2示出了实施例2燃料电池空气路测试装置组成示意图。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本公开的实施例。虽然附图中显示了本公开的实施例，然而应该理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了使本公开更加透彻和完整，并且能够将本公开的范围完整地传达给本领域的技术人员。

在本文中使用的术语“包括”及其变形表示开放性包括，即“包括但不限于”。除非特别申明，术语“或”表示“和/或”。术语“基于”表示“至少部分地基于”。术语“一个示例实施例”和“一个实施例”表示“至少一个示例实施例”。术语“另一实施例”表示“至少一个另外的实施例”。术语“第一”、“第二”等等可以指代不同的或相同的对象。下文还可能包括其他明确的和隐含的定义。

实施例1

本发明的一个实施例，公开了一种燃料电池空气路测试装置，如图1所示，包括环境仓模块、电堆模拟模块、控制模块以及附件模块。

环境仓模块，包括具有中空密闭结构的环境仓壳体，设于该壳体内用于放置待测空气路零部件的置入机构，设于该壳体上用于设置仓内环境气压、气温、气体湿度以模拟空气路应用工况的调节装置。环境仓模块，用于对待测空气路零部件进行工况模拟。

电堆模拟模块，其气体端口与环境仓模块内置入机构上待测空气路零部件的对应气体端口连通，用于模拟电堆的运行状态。电堆模拟模块除了本实施例2记载结构外，还可参见专利CN202022459881.7、CN201621121699.8、CN201921676248.4等所述的结构，其结构并不唯一。

控制模块，其输出端与环境仓模块内调节装置的控制端连接。控制模块可以采用单独一个控制器实现，也可以采用实施例2中的控制器+上位机的方案实现。控制器，用于控制环境仓模块内调节装置的状态（环境气压、气温、气体湿度）。

附件模块，可根据用户实际需求进行补充设置，例如设置消音器、设置电源等，是一种可扩展的功能模块。

实施时，燃料电池空气路测试装置具有三种基础功能：

1.海拔模拟：通过调节仓内环境气压，模拟燃料电池所处海拔，例如高海拔，仓内环境气压较低。

2.温度模拟：通过调节仓内环境气温，模拟燃料电池所处气温，例如高温。

3.湿度模拟：通过调节仓内环境气体湿度，模拟燃料电池处于湿度，例如雨天，仓内环境气体湿度较大。

与现有技术相比，本实施例提供的能够精确地模拟待测空气路零部件在不同环境、不同工况下的运行状态。通过调节装置设置仓内环境气压后，可实现待测空气路零部件在预设海拔工况下运行状态的模拟（海拔模拟）。通过调节装置设置仓内气温后，可实现待测空气路零部件在预设环境温度下运行状态的模拟（温度模拟）。通过调节装置设置仓内气体湿度后，可实现待测空气路零部件在预设环境湿度下运行状态的模拟（湿度模拟）。通过上述海拔模拟、温度模拟、湿度模拟可以全面地模拟海拔、湿度、温度等高寒高海拔地区以及天气因素对空气路零部件性能的影响。装置简单，占用空间小，适合单个、多个空气路零部件的测试以及整个燃料电池空气路子系统的测试。

实施例2

在实施例1的基础上进行改进，所述燃料电池空气路测试装置应用于燃料电池空气路子系统的测试，或应用于单个或2个以上待测空气路零部件的测试。

其中，待测空气路零部件为空压机、进口节气门、出口节气门、废气再循环阀、加湿器中的一个。

对于2个以上待测空气路零部件的测试，例如空压机、进口节气门的组合，空压机、进口节气门、出口节气门的组合，空压机、废气再循环阀的组合，空压机、加湿器废气再循环阀的组合等。具体连接方式参见现有燃料电池系统的实际连接关系设置以模拟使用性能。示例性地，待测空气路零部件的连接关系可参见现有专利CN202210848909.7CN201820076908.4等进行设置。

综上，该测试装置可单独对每一个待测空气路零部件展开测试，也可以对某些关键待测空气路零部件的组合展开测试，也可以对整个燃料电池空气路子系统进行测试。

优选地，环境仓模块内的调节装置进一步包括真空泵、空调机和鼓泡加湿器。其中，空调机的室内机设于环境仓壳体的内侧壁顶部，室外机设于环境仓壳体的外部环境中，通过空调机调节仓内环境气温至目标气温。

环境仓与真空泵相连，通过真空泵调节仓内环境气压至目标气压。鼓泡加湿器设于环境仓壳体的内侧壁顶部，通过鼓泡加湿器调节仓内环境气体湿度至目标湿度。

优选地，环境仓壳体的内侧壁顶部还布设有室内环境监测的传感子模块。其中，传感子模块进一步包括气体温度传感器、气体压力传感器、气体湿度传感器。

气体温度传感器，用于获取仓内环境气温，其输出端与控制模块的输入端连接。

气体压力传感器，用于获取仓内环境气压，其输出端与控制模块的输入端连接。

气体湿度传感器，用于获取仓内环境气体湿度，其输出端与控制模块的输入端连接。

优选地，该燃料电池空气路测试装置还包括排气消音器。其中，排气消音器设于环境仓壳体的外部环境中，其输入端分别与环境仓模块内空气路零部件的气体输出管路、真空泵的气体输出管路以及电堆模拟模块的气体输出管路连接，用于消除气流噪声以及对气体同一排放。

优选地，电堆模拟模块进一步包括电堆壳体，设于电堆壳体内集成于一体的入口气体传感器（温度、湿度、流量）、气体加热器、减压阀、加湿器和出口气体传感器（温度、湿度、流量）。

其中，气体加热器、减压阀、加湿器依次串联。

入口气体传感器设于电堆模拟模块的进气端，用于监测入堆气体的温度、湿度、流量。入口气体传感器集成了气体温度传感器、湿度传感器、流量传感器。

出口气体传感器设于电堆模拟模块的出气端，用于监测出堆气体的温度、湿度、流量。出口气体传感器也集成了气体温度传感器、湿度传感器、流量传感器。

优选地，电堆模拟模块内还集成了三通泄流阀。其中，三通泄流阀的输入端接减压阀的输出端，其第一泄压端接加湿器的进气口，其第二泄压端接设于环境仓壳体外部的排气消音器，其控制端接控制模块的输出端。

优选地，电堆模拟模块内的加湿器进一步包括并联设置的喷淋加湿器、鼓泡加湿器。并且，该加湿器具有两种启动模式控制键，其中，启动模式一控制键用于控制喷淋加湿器单独启动以模拟电堆低电密点工况（燃料电池启停），启动模式二控制键用于控制鼓泡加湿器与喷淋加湿器一起启动以模拟电堆高电密点工况（燃料电池持续长时间运行）。

加湿器根据工况的不同对出口空气进行不同程度的计时加湿。低电密点工况下鼓泡加湿器单独使用，在高电密点的工况下鼓泡加湿器不能满足模拟工况，则喷淋加湿器也开始工作。空气经过电堆模拟模块回到环境仓模块的空气路零部件排放到消音器。电堆模拟模块的泄流阀出口、真空泵出口也和消音器相连，统一排放。

优选地，控制模块进一步包括集成于一体的控制器、上位机。

控制器，用于执行电堆模拟模块、待测空气路零部件、调节装置的控制。

上位机，用于人机交互、数据显示和存储。上位机通过控制器传输电堆模拟模块的控制信号、空气路零部件的控制信号、环境仓模块及辅助设备（排气消音器）的控制信号至相应设备进行控制。

控制器的输入端分别接环境仓模块内传感子模块、电堆模拟模块内入口传感器、出口传感器的输出端，其输出端分别接环境仓模块内调节装置的控制端、电堆模拟模块的控制端，其数据通信端与上位机相连。

优选地，控制模块设有外部电气接口、电堆模拟模块接口。其中，外部电气接口分别接环境仓模块内调节装置的控制端、待测空气路零部件的控制端；电堆模拟模块接口接电堆模拟模块的控制端。

实施时，通过真空泵实现海拔高度的模拟。通过加湿器、加热器、三通泄流阀模拟电堆流阻。对除空压机外的待测空气路零部件测试时，可在环境仓模块外设置空压机，空压机接环境仓模块内的待测空气路零部件，空气首先通过该零部件，然后经过电堆模拟模块的气体加热器、减压阀和三通泄流阀，模拟空气在电堆中的反应消耗以及气体温度升高，出口温度传感器调节加热器对气体进行加热的温度，出口压力、流量传感器反馈调节减压阀和三通泄流阀的开度，可以模拟不同工况点的空气路出口压力与流量。最后，经过加湿器，模拟电堆反应产生的水。

与现有技术相比，本实施例燃料电池空气路测试装置具有如下有益效果：

1、能精确地模拟燃料电池空气路零部件在不同环境、不同工况下的运行。

2、电堆模拟模块可大范围控制空气路气压、流量、流阻、温度、湿度的变化，提高了测试数据的可靠性。

3、能精确地预测零部件的耐久性、环境适应性，为控制策略的优化提供依据。

以上已经描述了本公开的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。本文中所用术语的选择，旨在最好地解释各实施例的原理、实际应用或对现有技术的改进，或者使本技术领域的其它普通技术人员能理解本文披露的各实施例。

Claims (10)

1.一种燃料电池空气路测试装置，其特征在于，包括：

环境仓模块，包括具有中空密闭结构的环境仓壳体，设于该壳体内用于放置待测空气路零部件的置入机构，设于该壳体上用于设置仓内环境气压、气温、气体湿度以模拟空气路应用工况的调节装置；

电堆模拟模块，其气体端口与环境仓模块内置入机构上待测空气路零部件的对应气体端口连通；

控制模块，其输出端与环境仓模块内调节装置的控制端连接。

2.根据权利要求1所述的燃料电池空气路测试装置，其特征在于，所述燃料电池空气路测试装置应用于燃料电池空气路子系统的测试，或应用于单个或2个以上待测空气路零部件的测试；其中，

待测空气路零部件为空压机、进口节气门、出口节气门、废气再循环阀、加湿器中的一个。

3.根据权利要求1或2所述的燃料电池空气路测试装置，其特征在于，所述调节装置进一步包括真空泵、空调机和鼓泡加湿器；其中，

空调机的室内机设于环境仓壳体的内侧壁顶部，室外机设于环境仓壳体的外部环境中。

4.根据权利要求3所述的燃料电池空气路测试装置，其特征在于，所述环境仓壳体的内侧壁顶部还布设有传感子模块；其中，

传感子模块进一步包括气体温度传感器、气体压力传感器、气体湿度传感器；传感子模块的输出端与控制模块的输入端连接。

5.根据权利要求4所述的燃料电池空气路测试装置，其特征在于，还包括排气消音器；其中，

排气消音器设于环境仓壳体的外部环境中，其输入端分别与环境仓模块内空气路零部件的气体输出管路、真空泵的气体输出管路以及电堆模拟模块的气体输出管路连接。

6.根据权利要求4或5所述的燃料电池空气路测试装置，其特征在于，所述电堆模拟模块包括电堆壳体，设于电堆壳体内集成于一体的入口气体传感器、气体加热器、减压阀、加湿器和出口气体传感器；其中，

气体加热器、减压阀、加湿器依次串联；

入口气体传感器设于电堆模拟模块的进气端，出口气体传感器设于电堆模拟模块的出气端。

7.根据权利要求6所述的燃料电池空气路测试装置，其特征在于，电堆模拟模块内还集成了三通泄流阀；其中，

三通泄流阀的输入端接减压阀的输出端，其第一泄压端接加湿器的进气口，其第二泄压端接设于环境仓壳体外部的排气消音器。

8.根据权利要求7所述的燃料电池空气路测试装置，其特征在于，所述电堆模拟模块内的加湿器进一步包括并联设置的喷淋加湿器、鼓泡加湿器；并且，

所述电堆模拟模块内的加湿器具有两种启动模式控制键，其中，启动模式一控制键用于控制喷淋加湿器单独启动以模拟电堆低电密点工况，启动模式二控制键用于控制鼓泡加湿器与喷淋加湿器一起启动以模拟电堆高电密点工况。

9.根据权利要求7或8所述的燃料电池空气路测试装置，其特征在于，所述控制模块进一步包括控制器和上位机；其中，

控制器的输入端分别接环境仓模块内传感子模块、电堆模拟模块内入口传感器与出口传感器的输出端，其输出端分别接环境仓模块内调节装置的控制端、电堆模拟模块的控制端，其数据通信端与用于人机交互、数据显示、存储的上位机相连。

10.根据权利要求9所述的燃料电池空气路测试装置，其特征在于，所述控制模块还包括控制壳体，控制器和上位机集成于控制壳体的内部，该控制壳体上设有外部电气接口、电堆模拟模块接口；其中，

外部电气接口分别接环境仓模块内调节装置的控制端、待测空气路零部件的控制端；

电堆模拟模块接口接电堆模拟模块的控制端。

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