CN220672624U - 一种燃料电池双堆测试设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种燃料电池双堆测试设备，包括输送氢气至两个待测电堆的氢气回路系统、输送空气至两个待测电堆的空气回路系统以及对两个待测电堆进行冷却降温的水冷回路系统，所述氢气回路系统的两条支路分别与两个待测电堆的阳极连通，所述空气回路系统的两条支路分别与两个待测电堆的阴极连通，水冷回路系统的两条支路与两个待测电堆的冷却液管道连通；本实用新型的优点在于：提供双堆测试系统，测试效率高，成本低。

Description

一种燃料电池双堆测试设备

技术领域

本实用新型涉及燃料电池测试技术领域，更具体涉及一种燃料电池双堆测试设备。

背景技术

燃料电池是一种将化学能转换为电能的能量转换装置，工作时需要源源不断的输送氢气、空气至阴阳两极，同时过程中需要将气体进行加热处理，以满足气体的加湿要求。随着市场需求的不断增多，国内外燃料电池生厂商如雨后春笋；同时紧跟其发展的还有燃料电池测试产业的快速崛起。

燃料电池测试目前主要是针对燃料电池在研制、生产及出产前等提供性能测试，进而反馈燃料电池自身产品的技术指标。而作为燃料电池测试系统，需要具备供气、加湿、加热、氮气吹扫、背压等基本功能，并且实现对氢气、空气、氮气、水的温度与压力的控制。但目前推广及应用在市场上的主要是针对单电堆测试系统。随着需求量的增加，燃料电池生产商的生产量将大幅提高，如果仅用单电堆系统测试，测试效率不高，必定影响燃料电池生产商的出货周期，同时，仅用单电堆系统测试，在大的生产量情况下，设备成本、人员费用、场地成本都是一比不小的开支。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题在于现有技术燃料电池测试采用大多采用单电堆测试系统，测试效率不高，成本较高的问题。

本实用新型通过以下技术手段实现解决上述技术问题的：一种燃料电池双堆测试设备，包括输送氢气至两个待测电堆的氢气回路系统、输送空气至两个待测电堆的空气回路系统以及对两个待测电堆进行冷却降温的水冷回路系统，所述氢气回路系统的两条支路分别与两个待测电堆的阳极连通，所述空气回路系统的两条支路分别与两个待测电堆的阴极连通，水冷回路系统的两条支路与两个待测电堆的冷却液管道连通。

有益效果：本实用新型氢气回路系统、空气回路系统以及水冷回路系统均设置两条支路，氢气回路系统、空气回路系统以及水冷回路系统通过各自的两条支路分别与两个电堆连通，从而能够满足双堆在同工况条件下测试，极大的缓解大批量测试工作的压力、节约测试时间，大大提高测试效率，并且通过两个电堆一同测试能够共用一些基础器件，减少设备成本的同时，减少占地面积并且减少人力运维成本。

进一步地，所述氢气回路系统包括氢气源、第一减压装置、第一质量流量控制器、氢气增湿加热装置、第一关断阀至第四关断阀、阳极背压装置以及阳极尾排冷却装置，两个待测电堆分别为第一待测电堆和第二待测电堆，所述氢气源、第一减压装置、第一质量流量控制器及氢气增湿加热装置通过气路管道顺序连通，氢气增湿加热装置的出口、第一关断阀、第一待测电堆、第二关断阀、阳极背压装置以及阳极尾排冷却装置通过气路管道顺序连通形成氢气回路系统的一条支路，氢气增湿加热装置的出口、第三关断阀、第二待测电堆、第四关断阀、阳极背压装置通过气路管道顺序连通形成氢气回路系统的另一条支路。

更进一步地，所述氢气增湿加热装置的出口设置温度传感器，所述第一待测电堆与第一关断阀的连接管路上、第一待测电堆与第二关断阀的连接管路上、第二待测电堆与第三关断阀的连接管路上以及第二待测电堆与第四关断阀的连接管路上均设置温度传感器以及压力传感器。

更进一步地，所述空气回路系统包括空气源、第二减压装置、第二质量流量控制器、空气增湿加热装置、第五关断阀至第八关断阀、阴极背压装置以及阴极尾排冷却装置，所述空气源、第二减压装置、第二质量流量控制器及空气增湿加热装置通过气路管道顺序连通，空气增湿加热装置的出口、第五关断阀、第一待测电堆、第六关断阀、阴极背压装置以及阴极尾排冷却装置通过气路管道顺序连通形成空气回路系统的一条支路，空气增湿加热装置的出口、第七关断阀、第二待测电堆、第八关断阀、阴极背压装置通过气路管道顺序连通形成空气回路系统的另一条支路。

更进一步地，所述空气增湿加热装置的出口设置温度传感器，所述第一待测电堆与第五关断阀的连接管路上、第一待测电堆与第六关断阀的连接管路上、第二待测电堆与第七关断阀的连接管路上以及第二待测电堆与第八关断阀的连接管路上均设置温度传感器以及压力传感器。

进一步地，所述水冷回路系统包括冷却装置、第九关断阀至第十二关断阀、三通阀、水泵以及加热器，所述冷却装置的一个液体出口、第九关断阀、第一待测电堆、第十关断阀以及三通阀的一个入口通过液体管道顺次连通，所述冷却装置的另一个液体出口、第十一关断阀、第二待测电堆、第十二关断阀以及三通阀的另一个入口通过液体管道顺次连通，所述三通阀的出口、水泵、加热器以及冷却装置的液体入口通过液体管道顺次连通。

更进一步地，所述第九关断阀与第一待测电堆的连接管路上、第一待测电堆与第十关断阀的连接管路上、三通阀与水泵的连接管路上、第十一关断阀与第二待测电堆的连接管路上以及第二待测电堆与第十二关断阀的连接管路上均设置温度传感器。

进一步地，所述燃料电池双堆测试设备还包括对待测电堆进行阴阳两极的吹扫的氮气吹扫回路系统，所述氮气吹扫回路系统的两条支路分别与氢气回路系统以及空气回路系统连通。

更进一步地，所述氮气吹扫回路系统包括氮气源、第三减压装置、第十三关断阀以及第十四关断阀，所述氮气源和第三减压装置通过气路管道连通，第三减压装置、第十三关断阀以及第一质量流量控制器通过气路管道顺序连通形成氮气吹扫回路系统的一条支路，第三减压装置、第十四关断阀以及第二质量流量控制器通过气路管道顺序连通形成氮气吹扫回路系统的另一条支路。

更进一步地，所述第一减压装置的型号为DHH62EEN9E44F，第二减压装置的型号为AR925-20G，第一质量流量控制器的型号为KK010-LK2-Y-L-C13-R4-050-6000-101，第二质量流量控制器的型号为KK010-LK2-Y-L-C13-R4-050-6000-114，氢气增湿加热装置和空气增湿加热装置结构相同，均内置膜管增湿器和板式换热器，膜管增湿器的型号为FC400，板式换热器的型号为NL26-16X，阳极背压装置的型号为BD12SHT7A-NSCP60T100G10VVVV/T2000以及阴极背压装置的型号为BD24SHT7-NSCP50T100G10VVVV/T2000。

本实用新型的优点在于：

(1)本实用新型氢气回路系统、空气回路系统以及水冷回路系统均设置两条支路，氢气回路系统、空气回路系统以及水冷回路系统通过各自的两条支路分别与两个电堆连通，从而能够满足双堆在同工况条件下测试，极大的缓解大批量测试工作的压力、节约测试时间，大大提高测试效率，并且通过两个电堆一同测试能够共用一些基础器件，减少设备成本的同时，减少占地面积并且减少人力运维成本。

(2)本实用新型设置水冷回路系统，水冷回路系统的两条支路与两个待测电堆的冷却液管道连通，通过水冷换热原理，能够实现双堆的水冷温度控制，满足双堆的温度控制需求。

附图说明

图1为本实用新型实施例所公开的一种燃料电池双堆测试设备的整体结构示意图；

图2为本实用新型实施例所公开的一种燃料电池双堆测试设备中氢气回路系统的结构示意图；

图3为本实用新型实施例所公开的一种燃料电池双堆测试设备中空气回路系统的结构示意图；

图4为本实用新型实施例所公开的一种燃料电池双堆测试设备中水冷回路系统的结构示意图；

图5为本实用新型实施例所公开的一种燃料电池双堆测试设备中氮气吹扫回路系统的结构示意图。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，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。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作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。

如图1所示，一种燃料电池双堆测试设备，包括输送氢气至两个待测电堆的氢气回路系统、输送空气至两个待测电堆的空气回路系统以及对两个待测电堆进行冷却降温的水冷回路系统，所述氢气回路系统的两条支路分别与两个待测电堆的阳极连通，所述空气回路系统的两条支路分别与两个待测电堆的阴极连通，水冷回路系统的两条支路与两个待测电堆的冷却液管道连通。所述燃料电池双堆测试设备还包括对待测电堆进行阴阳两极的吹扫的氮气吹扫回路系统，所述氮气吹扫回路系统的两条支路分别与氢气回路系统以及空气回路系统连通。以下详细介绍各个回路系统的具体组成以及工作原理。

图2结合图1，所述氢气回路系统包括氢气源10、第一减压装置11、第一质量流量控制器12、氢气增湿加热装置13、第一关断阀14至第四关断阀17、阳极背压装置18以及阳极尾排冷却装置3019，两个待测电堆分别为第一待测电堆FC01和第二待测电堆FC02，所述氢气源10、第一减压装置11、第一质量流量控制器12及氢气增湿加热装置13通过气路管道顺序连通，氢气增湿加热装置13的出口、第一关断阀14、第一待测电堆FC01、第二关断阀15、阳极背压装置18以及阳极尾排冷却装置3019通过气路管道顺序连通形成氢气回路系统的一条支路，氢气增湿加热装置13的出口、第三关断阀16、第二待测电堆FC02、第四关断阀17、阳极背压装置18通过气路管道顺序连通形成氢气回路系统的另一条支路。图2至图5中PT表示压力传感器，TS表示温度传感器。

所述氢气增湿加热装置13的出口设置温度传感器，所述第一待测电堆FC01与第一关断阀14的连接管路上、第一待测电堆FC01与第二关断阀15的连接管路上、第二待测电堆FC02与第三关断阀16的连接管路上以及第二待测电堆FC02与第四关断阀17的连接管路上均设置温度传感器以及压力传感器。

所述氢气回路系统的工作过程为：氢气源10输出的氢气进入第一减压装置11，通过第一减压装置11将氢气压力调整至所需压力范围，接着氢气经第一质量流量控制器12的气体质量控制，输送所需质量的氢气，并在氢气增湿加热装置13处理下，加湿加热得到所需露点温度的目标氢气，接着氢气通过第一关断阀14及第三关断阀16分别输送至第一待测电堆FC01及第二待测电堆FC02中，第一关断阀14及第三关断阀16可根据实际待测电堆的数量进行开关调整，实现单堆测试或者双堆测试，在氢气进入两个待测电堆前，通过温度传感器与压力传感器分别检测进堆的温度以及压力，当两个待测电堆中未反应完的气体排出时，通过温度传感器与压力传感器分别检测出堆的温度以及压力，然后两个待测电堆输出的气体先经过阳极背压装置18，然后经过阳极尾排冷却装置3019排出。

图3结合图1，所述空气回路系统包括空气源20、第二减压装置21、第二质量流量控制器22、空气增湿加热装置23、第五关断阀24至第八关断阀27、阴极背压装置28以及阴极尾排冷却装置3029，所述空气源20、第二减压装置21、第二质量流量控制器22及空气增湿加热装置23通过气路管道顺序连通，空气增湿加热装置23的出口、第五关断阀24、第一待测电堆FC01、第六关断阀25、阴极背压装置28以及阴极尾排冷却装置3029通过气路管道顺序连通形成空气回路系统的一条支路，空气增湿加热装置23的出口、第七关断阀26、第二待测电堆FC02、第八关断阀27、阴极背压装置28通过气路管道顺序连通形成空气回路系统的另一条支路。

所述空气增湿加热装置23的出口设置温度传感器，所述第一待测电堆FC01与第五关断阀24的连接管路上、第一待测电堆FC01与第六关断阀25的连接管路上、第二待测电堆FC02与第七关断阀26的连接管路上以及第二待测电堆FC02与第八关断阀27的连接管路上均设置温度传感器以及压力传感器。

所述空气回路系统的工作过程为：空气源20输出的空气进入第二减压装置21，通过第二减压装置21将空气压力调整至所需压力范围，接着空气经第一质量流量控制器12的气体质量控制，输送所需质量的空气，并在空气增湿加热装置23处理下，加湿加热得到所需露点温度的目标空气，接着空气通过第五关断阀24及第七关断阀26分别输送至第一待测电堆FC01及第二待测电堆FC02中，第五关断阀24及第七关断阀26可根据实际待测电堆的数量进行开关调整，实现单堆测试或者双堆测试，在空气进入两个待测电堆前，通过温度传感器与压力传感器分别检测进堆的温度以及压力，当两个待测电堆中未反应完的气体排出时，通过温度传感器与压力传感器分别检测出堆的温度以及压力，然后两个待测电堆输出的气体先经过阴极背压装置28，然后经过阴极尾排冷却装置3029排出。

图4结合图1，所述水冷回路系统包括冷却装置30、第九关断阀31至第十二关断阀34、三通阀35、水泵36以及加热器37，所述冷却装置30的一个液体出口、第九关断阀31、第一待测电堆FC01、第十关断阀32以及三通阀35的一个入口通过液体管道顺次连通，所述冷却装置30的另一个液体出口、第十一关断阀33、第二待测电堆FC02、第十二关断阀34以及三通阀35的另一个入口通过液体管道顺次连通，所述三通阀35的出口、水泵36、加热器37以及冷却装置30的液体入口通过液体管道顺次连通。

所述第九关断阀31与第一待测电堆FC01的连接管路上、第一待测电堆FC01与第十关断阀32的连接管路上、三通阀35与水泵36的连接管路上、第十一关断阀33与第二待测电堆FC02的连接管路上以及第二待测电堆FC02与第十二关断阀34的连接管路上均设置温度传感器。

所述水冷回路系统的工作过程为：通过第九关断阀31与第一待测电堆FC01的连接管路上、第十一关断阀33与第二待测电堆FC02的连接管路上的温度传感器分别监测第一待测电堆FC01及第二待测电堆FC02所流进冷却液的温度，第一待测电堆FC01与第十关断阀32的连接管路上以及第二待测电堆FC02与第十二关断阀34的连接管路上的温度传感器检测第一待测电堆FC01及第二待测电堆FC02所流出冷却液的温度，通过三通阀35与水泵36的连接管路上的温度传感器检测三通阀35出口的温度。通过冷却液在第一待测电堆FC01所在回路上的流通带走其热量，实现第一待测电堆FC01降温的目的，通过冷却液在第二待测电堆FC02所在回路上的流通带走其热量，实现第二待测电堆FC02降温的目的。水泵36在整个回路中起到增压作用，提高液体流动速度。如果整个管路中温度低于预设值，可经过加热器37进行加热冷却液，并再次进入电堆进行循环。

图5结合图1，所述氮气吹扫回路系统包括氮气源40、第三减压装置41、第十三关断阀42以及第十四关断阀43，所述氮气源40和第三减压装置41通过气路管道连通，第三减压装置41、第十三关断阀42以及第一质量流量控制器12通过气路管道顺序连通形成氮气吹扫回路系统的一条支路，第三减压装置41、第十四关断阀43以及第二质量流量控制器22通过气路管道顺序连通形成氮气吹扫回路系统的另一条支路。

所述氮气吹扫回路系统中氮气源40输出氮气经第三减压装置41将氮气压力调整至所需压力范围，第十三关断阀42及第十四关断阀43可根据实际待测电堆的数量进行开关调整，开通第十三关断阀42实现两个待测电堆阳极的吹扫，开通第十四关断阀43实现两个待测电堆阴极的吹扫，同时开通第十三关断阀42以及第十四关断阀43实现两个待测电堆阴阳两极的吹扫。

需要说明的是，本实用新型只保护硬件架构，对于气体压力控制、温度控制、液体压力控制以及温度控制、气体流量控制等均不在本实用新型的保护范围内，并且本实用新型涉及的各器件均是实体设备，并不是软件模块，各设备通过气路管道或者液体管道连通即可形成本实用新型的双堆测试系统，具体的，所述第一减压装置11的型号为DHH62EEN9E44F，第二减压装置21的型号为AR925-20G，第一质量流量控制器12的型号为KK010-LK2-Y-L-C13-R4-050-6000-101，第二质量流量控制器22的型号为KK010-LK2-Y-L-C13-R4-050-6000-114，氢气增湿加热装置13和空气增湿加热装置23结构相同，均内置膜管增湿器和板式换热器，膜管增湿器的型号为FC400，板式换热器的型号为NL26-16X，阳极背压装置18的型号为BD12SHT7A-NSCP60T100G10VVVV/T2000以及阴极背压装置28的型号为BD24SHT7-NSCP50T100G10VVVV/T2000，冷却装置30的型号为NL200-26X，加热器37为管道加热器，采用任何管道加热器都可以，不限定型号，阴极尾排冷却装置3029的型号为K-H2-WPSX，阳极尾排冷却装置3019的型号为K-AIR-WPSX，阴极尾排冷却装置和阳极尾排冷却装置仅仅是尾排管加上了冷却装置，冷却装置可以是散热风扇或者其他散热装置，因此阴极尾排冷却装置3029和阳极尾排冷却装置3019的型号不做特别限定。

通过以上技术方案，本实用新型氢气回路系统、空气回路系统以及水冷回路系统均设置两条支路，氢气回路系统、空气回路系统以及水冷回路系统通过各自的两条支路分别与两个电堆连通，从而能够满足双堆在同工况条件下测试，极大的缓解大批量测试工作的压力、节约测试时间，大大提高测试效率，并且通过两个电堆一同测试能够共用一些基础器件，减少设备成本的同时，减少占地面积并且减少人力运维成本。

以上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精神和范围。

Claims (10)

1.一种燃料电池双堆测试设备，其特征在于，包括输送氢气至两个待测电堆的氢气回路系统、输送空气至两个待测电堆的空气回路系统以及对两个待测电堆进行冷却降温的水冷回路系统，所述氢气回路系统的两条支路分别与两个待测电堆的阳极连通，所述空气回路系统的两条支路分别与两个待测电堆的阴极连通，水冷回路系统的两条支路与两个待测电堆的冷却液管道连通。

2.根据权利要求1所述的一种燃料电池双堆测试设备，其特征在于，所述氢气回路系统包括氢气源、第一减压装置、第一质量流量控制器、氢气增湿加热装置、第一关断阀至第四关断阀、阳极背压装置以及阳极尾排冷却装置，两个待测电堆分别为第一待测电堆和第二待测电堆，所述氢气源、第一减压装置、第一质量流量控制器及氢气增湿加热装置通过气路管道顺序连通，氢气增湿加热装置的出口、第一关断阀、第一待测电堆、第二关断阀、阳极背压装置以及阳极尾排冷却装置通过气路管道顺序连通形成氢气回路系统的一条支路，氢气增湿加热装置的出口、第三关断阀、第二待测电堆、第四关断阀、阳极背压装置通过气路管道顺序连通形成氢气回路系统的另一条支路。

3.根据权利要求2所述的一种燃料电池双堆测试设备，其特征在于，所述氢气增湿加热装置的出口设置温度传感器，所述第一待测电堆与第一关断阀的连接管路上、第一待测电堆与第二关断阀的连接管路上、第二待测电堆与第三关断阀的连接管路上以及第二待测电堆与第四关断阀的连接管路上均设置温度传感器以及压力传感器。

4.根据权利要求2所述的一种燃料电池双堆测试设备，其特征在于，所述空气回路系统包括空气源、第二减压装置、第二质量流量控制器、空气增湿加热装置、第五关断阀至第八关断阀、阴极背压装置以及阴极尾排冷却装置，所述空气源、第二减压装置、第二质量流量控制器及空气增湿加热装置通过气路管道顺序连通，空气增湿加热装置的出口、第五关断阀、第一待测电堆、第六关断阀、阴极背压装置以及阴极尾排冷却装置通过气路管道顺序连通形成空气回路系统的一条支路，空气增湿加热装置的出口、第七关断阀、第二待测电堆、第八关断阀、阴极背压装置通过气路管道顺序连通形成空气回路系统的另一条支路。

5.根据权利要求4所述的一种燃料电池双堆测试设备，其特征在于，所述空气增湿加热装置的出口设置温度传感器，所述第一待测电堆与第五关断阀的连接管路上、第一待测电堆与第六关断阀的连接管路上、第二待测电堆与第七关断阀的连接管路上以及第二待测电堆与第八关断阀的连接管路上均设置温度传感器以及压力传感器。

6.根据权利要求1所述的一种燃料电池双堆测试设备，其特征在于，所述水冷回路系统包括冷却装置、第九关断阀至第十二关断阀、三通阀、水泵以及加热器，所述冷却装置的一个液体出口、第九关断阀、第一待测电堆、第十关断阀以及三通阀的一个入口通过液体管道顺次连通，所述冷却装置的另一个液体出口、第十一关断阀、第二待测电堆、第十二关断阀以及三通阀的另一个入口通过液体管道顺次连通，所述三通阀的出口、水泵、加热器以及冷却装置的液体入口通过液体管道顺次连通。

7.根据权利要求6所述的一种燃料电池双堆测试设备，其特征在于，所述第九关断阀与第一待测电堆的连接管路上、第一待测电堆与第十关断阀的连接管路上、三通阀与水泵的连接管路上、第十一关断阀与第二待测电堆的连接管路上以及第二待测电堆与第十二关断阀的连接管路上均设置温度传感器。

8.根据权利要求4所述的一种燃料电池双堆测试设备，其特征在于，还包括对待测电堆进行阴阳两极的吹扫的氮气吹扫回路系统，所述氮气吹扫回路系统的两条支路分别与氢气回路系统以及空气回路系统连通。

9.根据权利要求8所述的一种燃料电池双堆测试设备，其特征在于，所述氮气吹扫回路系统包括氮气源、第三减压装置、第十三关断阀以及第十四关断阀，所述氮气源和第三减压装置通过气路管道连通，第三减压装置、第十三关断阀以及第一质量流量控制器通过气路管道顺序连通形成氮气吹扫回路系统的一条支路，第三减压装置、第十四关断阀以及第二质量流量控制器通过气路管道顺序连通形成氮气吹扫回路系统的另一条支路。

10.根据权利要求8所述的一种燃料电池双堆测试设备，其特征在于，所述第一减压装置的型号为DHH62EEN9E44F，第二减压装置的型号为AR925-20G，第一质量流量控制器的型号为KK010-LK2-Y-L-C13-R4-050-6000-101，第二质量流量控制器的型号为KK010-LK2-Y-L-C13-R4-050-6000-114，氢气增湿加热装置和空气增湿加热装置结构相同，均内置膜管增湿器和板式换热器，膜管增湿器的型号为FC400，板式换热器的型号为NL26-16X，阳极背压装置的型号为BD12SHT7A-NSCP60T100G10VVVV/T2000以及阴极背压装置的型号为BD24SHT7-NSCP50T100G10VVVV/T2000。