CN220189704U - 氢燃料电池电堆流阻模拟装置 - Google Patents
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Abstract
本公开涉及一种氢燃料电池电堆流阻模拟装置，包括：罐体，进气管路，一端与所述罐体连通设置，另一端用于与氢气源连接，所述进气管路设有控制氢气流量流入的第一控制阀；第一出气管路，与所述罐体连通设置，所述第一出气管路设有控制氢气流量流出的第二控制阀；第二出气管路，与所述罐体连通，所述第二出气管路设有控制氢气流量流出的第三控制阀；以及控制器，所述控制器分别与第一控制阀、第二控制阀和第三控制阀信号连接。如此，通过控制器控制第一控制阀、第二控制阀和第三控制阀的阀开度来模拟出不同电堆的流阻，如此，能够提高测试效率，降低成本。
Description
技术领域
本公开涉及氢燃料电池电堆流阻技术领域，具体地，涉及一种氢燃料电池电堆流阻模拟装置。
背景技术
氢燃料电池主要由燃料电池电堆和燃料电池系统其他部分(包括空压机、增湿器、氢循环泵、氢瓶等多个组件)构成。而电池电堆又是燃料电池的核心部分，包含催化剂、质子交换膜、气体扩散层、双极板，以及其他结构件的集流板、密封件、端板等各种部件，单就电堆所占的成本就约占燃料电池系统成本的65％。
目前，针对不同类型的电堆做氢气循环系统零部件性能测试，一般需要在该类型电堆样机上连接氢气循环系统零部件，从而测出氢气循环系统零部件与该电堆产品相匹配的程度，如此一来，在针对不同的氢气循环系统零部件测试时需要不同的电堆样机匹配，从而造成测试效率低下，同时多个电堆样机的制造，增加了测试成本。
实用新型内容
本公开的目的是提供一种氢燃料电池电堆流阻模拟装置，该氢燃料电池电堆流阻模拟装置能够模拟出多钟电堆，提高了测试效率、降低了测试成本，以至少部分解决相关技术中的问题。
为了实现上述目的，本公开提供一种氢燃料电池电堆流阻模拟装置，包括：罐体，进气管路，一端与所述罐体连通设置，另一端用于与氢气源连接，所述进气管路设有控制氢气流量流入的第一控制阀；第一出气管路，与所述罐体连通设置，所述第一出气管路设有控制氢气流量流出的第二控制阀；第二出气管路，与所述罐体连通，所述第二出气管路设有控制氢气流量流出的第三控制阀；以及控制器，所述控制器分别与第一控制阀、第二控制阀和第三控制阀信号连接。
可选地，所述第一控制阀和所述第二控制阀均为节流阀。
可选地，所述氢燃料电池电堆流阻模拟装置还包括进气支路，所述进气支路的入口设置在所述第一控制阀上游、所述进气支路的出口设置在所述第一控制阀下游，以便所述进气支路与所述第一控制阀并联设置，在所述进气支路上设有的第四控制阀。
可选地，所述进气管路的数量可以有多个且多个所述进气管路并联设置。
可选地，所述第一出气管路的数量可以有多个且多个所述第一出气管路并联设置；
所述第二出气管路的数量可以有多个且多个所述第二出气管路并联设置。
可选地，所述氢燃料电池电堆流阻模拟装置还包括温度湿度补偿组件，所述温度湿度补偿组件用于对所述罐体内温度和湿度补偿，所述温度湿度补偿组件与所述控制器信号连接。
可选地，所述温度湿度补偿组件构造为加湿器。
可选地，所述氢燃料电池电堆流阻模拟装置还包括温度湿度传感器，所述温度湿度传感器用于监测所述罐体内的温度和湿度，所述温度湿度传感器与所述控制器信号连接。
可选地，所述氢燃料电池电堆流阻模拟装置还包括多个流量计，多个所述流量计分别设置于所述第一控制阀的下游、所述第二控制阀的下游以及所述第三控制阀的下游。
可选地，所述氢燃料电池电堆流阻模拟装置还包括多个截止阀，所述截止阀分别设置于所述进气管路、第一出气管路和第二出气管路。
通过上述技术方案，通过控制器控制罐体上连通的进气管路上的第一控制阀、第一出气管路上的第二控制阀和第二出气管路上的第三控制阀，从而模拟出氢气在电堆中的流阻，通过控制器控制第一控制阀、第二控制阀和第三控制阀的阀开度来模拟出不同电堆的流阻，如此，能够提高测试效率，降低成本。
本公开的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
附图是用来提供对本公开的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本公开，但并不构成对本公开的限制。在附图中：
图1是本公开示例性实施方式中提供的第一种氢燃料电池电堆流阻模拟装置的结构示意图；
图2是本公开示例性实施方式中提供的第二种氢燃料电池电堆流阻模拟装置的结构示意图；
图3是本公开示例性实施方式中提供的第一种氢燃料电池电堆流阻模拟装置与氢气循环系统零部件性能测试的示意图。
附图标记说明
1-罐体；2-进气管路；21-第一控制阀；22-进气支路；23-第四控制阀；3-第一出气管路；31-第二控制阀；4-第二出气管路；41-第三控制阀；5-温度湿度补偿组件；6-氢气源；7-氢气喷射器；8-氢气循环泵；9-气液分离器。
具体实施方式
以下结合附图对本公开的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本公开，并不用于限制本公开。
在本公开中，使用的术语“第一”、“第二”等是为了区别一个要素和另一个要素，不具有顺序性和重要性。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。
如图1-图3所示，本公开提供一种氢燃料电池电堆流阻模拟装置，包括：罐体1，进气管路2，一端与罐体1连通设置，另一端用于与氢气源连接，进气管路2设有控制氢气流量流入的第一控制阀21；第一出气管路3，与罐体1连通设置，第一出气管路3设有控制氢气流量流出的第二控制阀31；第二出气管路4，与罐体1连通，第二出气管路4设有控制氢气流量流出的第三控制阀41；以及控制器，控制器分别与第一控制阀21、第二控制阀31和第三控制阀41信号连接。
通过上述技术方案，通过控制器控制罐体1上连通的进气管路2上的第一控制阀21、第一出气管路3上的第二控制阀31和第二出气管路4上的第三控制阀41，从而模拟出氢气在电堆中的流阻，通过控制器控制第一控制阀21、第二控制阀31和第三控制阀41的阀开度来模拟出不同电堆的流阻，如此，能够提高测试效率，降低成本。
可以理解的是，上述的控制器可以是PLC控制器、单片机或者氢燃料电池电堆模拟装置的控制台等，本公开不做具体限定。此外，控制器与第一控制阀21、第二控制阀31和第三控制阀41的信号连接方式可以是通过有线方式也可以通过无线方式，其中无线方式可以包括蓝牙、WIFI、4G或5G等，本公开不做具体限定。
为了便于控制进气管路2中进入罐体1内的氢气流量和控制第一出气管路3流出的氢气流量，在一些可实施的方式中，第一控制阀21和第二控制阀31均为节流阀。其中，节流阀可以为电子节流阀，电子节流阀与控制器信号连接，通过控制器能够控制电子节流阀的阀开度，从而来控制第一控制阀21和第二控制阀31的阀开度，如此，能够通过控制器控制第一控制阀21的阀开度控制进气管路2进入罐体1内的氢气的流量以及通过控制第二控制阀31的阀开度控制第一出气管路3流出的氢气流量，以便于模拟出电堆的流阻，第一控制阀21和第二控制阀31的调整根据电堆流阻参数设定。
当第一控制阀21出现故障后，为了能够维持电堆流阻模拟装置正常工作，在一些可实施的方式中，氢燃料电池电堆流阻模拟装置还包括进气支路22，进气支路22的入口设置在第一控制阀21上游、进气支路22的出口设置在第一控制阀21下游，以便进气支路22与第一控制阀21并联设置，在进气支路22上设有的第四控制阀23。其中，第四控制阀23为电子节流阀且与控制器信号连接，一旦第一控制阀21出现故障后无法正常工作，可以通过控制器控制切换至进气支路22，从而通过控制第四控制阀23的阀开度来维持电堆流阻模拟装置正常工作。
为了便于模拟出不同电堆的流阻的氢气进气量，进气管路2的数量可以有多个且多个进气管路2并联设置，例如，进气管路2的数量可以为两个，两个进气管路2的一端均与氢气源连通，另一端分别与罐体1连通，在进气管路2上均设有第一控制阀21，第一控制阀21均与控制器信号连接，从而可以通过控制器控制两个进气管路2上的第一控制阀21的阀开度来控制进入罐体1中的氢气进气量。
可以理解的是，上述进气管路2的数量为两个是示意性的，在其他的实施方式中还可以为其他的数量，本公开不做限定。
此外，为了便于模拟出不同电堆的流阻的氢气出气量，在一些可实施的方式中，第一出气管路3的数量可以有多个且多个第一出气管路3并联设置，例如，第一出气管路3的数量可以为两个，两个第一出气管路3与罐体1连通，在各第一出气管路3上均设有第二控制阀31，两个第二控制阀31均与控制器信号连接，从而可以通过控制器控制两个第一出气管路3上的第二控制阀31的阀开度来控制氢气的出气量，可以理解的是，两个第一出气管路3可以通过三通管道连接之后再与待测零部件连通。
此外，为了便于模拟不同电堆的流阻的氢气损失量，在一些可实施的方式中，第二出气管路4的数量可以有多个且多个第二出气管路4并联设置。例如，第二出气管路4的数量可以为两个，两个第二出气管路4上均设有第三控制阀41，两个第三控制阀41均与控制器信号连接，从而可以通过控制器控制在控制第一控制阀21、第二控制阀31的基础上继续控制第三控制阀41，从而能够在控制进入罐体1内的氢气流入量以及控制由罐体1的氢气部分通过第一出气管路3流出，另一部分通过第二出气管路4流出，从而模拟电堆的流阻以及该流阻的工况下氢气的消耗量。
为了进一步提高模拟流阻的准确度，在一些可实施的方式中，氢燃料电池电堆流阻模拟装置还包括温度湿度补偿组件5，温度湿度补偿组件与罐体1连通且与控制器信号连接。例如，温度湿度补偿组件5可以构造为加湿器，加湿器用于制造水蒸汽以及对水蒸汽加热使其升温至符合工况温度，并将加热后的水蒸汽输入罐体1内，以更贴切地模拟氢气在电堆中的环境，以进一步提高模拟流阻的准确度。
为了便于监测罐体1内的温度和湿度，在一些可实施的方式中，氢燃料电池电堆流阻模拟装置还包括温度湿度传感器，温度湿度传感器设置在罐体1内，温度湿度传感器与控制器信号连接。如此，通过温度湿度传感器来监测罐体1内的温度和湿度实际情况，控制器可以根据监测的结果来控制加湿器的工作状态，例如，发现温度较低时，可以通过控制加湿器加热水蒸汽至设定温度，以使得罐体1内的温度处于预设温度范围；发现湿度较低时，可以通过控制加湿器加快水蒸汽的生成量，以使得罐体1内的湿度处于预设湿度范围。
为了便于监测第一控制阀21、第二控制阀31以及第三控制阀41的流量，在一些可实施的方式中，氢燃料电池电堆流阻模拟装置还包括多个流量计，多个流量计分别设置于第一控制阀21的下游、第二控制阀31的下游以及第三控制阀41的下游，多个流量计分别与控制器信号连接，如此，通过多个流量计的能够实时显示各控制阀的流量，通过控制器识别到流量计显示的流量来进一步控制各控制阀的阀开度。可以理解的是，流量计也可以和第一控制阀21、第二控制阀31和第三控制阀41一体设置，如此，更加地便捷控制模拟不同电堆的流阻。
为了提高流阻模拟装置的安全性，在一些可实施的方式中，氢燃料电池电堆流阻模拟装置还包括多个截止阀，截止阀分别设置于进气管路2、第一出气管路3和第二出气管路4。如此，当对应的进气管路2、第一出气管路3和第二出气管路4需要检修或者发生故障时可以通过对应的截止阀截断来将对应的管路截断，提高流阻模拟装置的安全性，同时也能够便于对第一出气管路3、第二出气管路4和进气管路2上对应的控制阀检修。
通过上述技术方案，例如流阻模拟装置应用对燃料电池系统其他部分进行测试时，根据确定的电堆流阻来预设第一控制阀21、第二控制阀31和第三控制阀41的阀开度并控制加湿器水蒸汽的预设温度和湿度，具体地，氢气源6提供氢气，氢气喷射器7将氢气源引流至进气管路2中并通过第一控制阀21控制将氢气流入罐体1内，进入罐体1的氢气通过第一出气管路3中的第二控制阀31将部分氢气排出并进入气液分离器9中，液体排出、氢气通过氢气循环泵8再次进入罐体1中，进入罐体1的氢气部分通过第二出气管路4通过第三控制阀41将氢气排入大气中，如此，通过电堆流阻模拟装置来对燃料电池系统其他部分进行测试，当需要对不同的电堆进行测试时，可以通过改变第一控制阀21、第二控制阀31和第三控制阀41以及加湿器水蒸汽的预设温度和湿度来模拟不同的电堆，从而便于对燃料电池系统其他部分进行测试，提高测试效率。
以上结合附图详细描述了本公开的优选实施方式，但是，本公开并不限于上述实施方式中的具体细节，在本公开的技术构思范围内，可以对本公开的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本公开的保护范围。
另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本公开对各种可能的组合方式不再另行说明。
此外，本公开的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本公开的思想，其同样应当视为本公开所公开的内容。
Claims (10)
1.一种氢燃料电池电堆流阻模拟装置，其特征在于，包括：
罐体，
进气管路，一端与所述罐体连通设置，另一端用于与氢气源连接，所述进气管路设有控制氢气流量流入的第一控制阀；
第一出气管路，与所述罐体连通设置，所述第一出气管路设有控制氢气流量流出的第二控制阀；
第二出气管路，与所述罐体连通，所述第二出气管路设有控制氢气流量流出的第三控制阀；以及
控制器，所述控制器分别与第一控制阀、第二控制阀和第三控制阀信号连接。
2.根据权利要求1所述的氢燃料电池电堆流阻模拟装置，其特征在于，所述第一控制阀和所述第二控制阀均为节流阀。
3.根据权利要求1所述的氢燃料电池电堆流阻模拟装置，其特征在于，所述氢燃料电池电堆流阻模拟装置还包括进气支路，所述进气支路的入口设置在所述第一控制阀上游、所述进气支路的出口设置在所述第一控制阀下游，以便所述进气支路与所述第一控制阀并联设置，在所述进气支路上设有的第四控制阀。
4.根据权利要求2所述的氢燃料电池电堆流阻模拟装置，其特征在于，所述进气管路的数量可以有多个且多个所述进气管路并联设置。
5.根据权利要求4所述的氢燃料电池电堆流阻模拟装置，其特征在于，所述第一出气管路的数量可以有多个且多个所述第一出气管路并联设置；
所述第二出气管路的数量可以有多个且多个所述第二出气管路并联设置。
6.根据权利要求1所述的氢燃料电池电堆流阻模拟装置，其特征在于，所述氢燃料电池电堆流阻模拟装置还包括温度湿度补偿组件，所述温度湿度补偿组件用于对所述罐体内温度和湿度补偿，所述温度湿度补偿组件与所述控制器信号连接。
7.根据权利要求6所述的氢燃料电池电堆流阻模拟装置，其特征在于，所述温度湿度补偿组件构造为加湿器。
8.根据权利要求1所述的氢燃料电池电堆流阻模拟装置，其特征在于，所述氢燃料电池电堆流阻模拟装置还包括温度湿度传感器，所述温度湿度传感器用于监测所述罐体内的温度和湿度，所述温度湿度传感器与所述控制器信号连接。
9.根据权利要求1-8中任意一项所述的氢燃料电池电堆流阻模拟装置，其特征在于，所述氢燃料电池电堆流阻模拟装置还包括多个流量计，多个所述流量计分别设置于所述第一控制阀的下游、所述第二控制阀的下游以及所述第三控制阀的下游。
10.根据权利要求9所述的氢燃料电池电堆流阻模拟装置，其特征在于，所述氢燃料电池电堆流阻模拟装置还包括多个截止阀，所述截止阀分别设置于所述进气管路、第一出气管路和第二出气管路。
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