CN110265684B - 一种燃料电池空气供给***测试装置及其控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种燃料电池空气供给***测试装置及其控制方法。该***测试装置包括空气主回路、空压机冷却回路、换热装置冷却回路和增湿调节回路；空气主回路的进气管路用于与空压机的空气入口连通，空气主回路的出气管路用于与空压机的空气出口连通；空压机冷却回路的冷却液供给口用于与空压机的冷却液入口连通，空压机冷却回路的冷却液回收口用于与空压机的冷却液出口连通；空气主回路的出气管路包括换热装置和增湿装置，换热装置冷却回路的冷却液供给口与换热装置的冷却液入口连通，换热装置冷却回路的冷却液回收口与换热装置的冷却液出口连通。本发明的技术方案可以优化燃料电池空气供给***的整体设计，保证燃料电池的性能及使用寿命。
Description
技术领域
本发明涉及燃料电池技术领域，具体涉及一种燃料电池空气供给***测试装置及其控制方法。
背景技术
质子交换膜燃料电池是一种将燃料(氢气)和氧化剂(空气)的化学能转换为电能的装置。由于燃料电池是通过电化学反应把燃料的化学能中的吉布斯自由能部分转换成电能，不受卡诺循环效应的限制，并且附加产物只有水，因此燃料电池具有能量转换效率高以及环境友好等特点。
在燃料电池***中，由空气供给***提供空气作为氧化剂以完成电化学反应。其中，空压机作为燃料电池空气供给***的主要组成装置之一，其起到压缩空气并将其泵入电堆的作用。由热力学定理可知，空气被空压机压缩时，会因做功而使其温度显著上升，同时，空压机自身结构也会因此发热。由于电堆对待进入其中的空气具有较严格的温湿度等要求，因此，需要对经空压机压缩的空气以及空压机自身结构进行有效冷却。
但是，目前的燃料电池空气供给***中各冷却参数是相对固定的，例如，对于不同的空压机，其冷却回路参数设置可能是完全相同的。如果冷却效力不足，则有可能造成进入电堆的空气温度过高，影响燃料电池的性能与寿命，如果冷却效力过高，则会造成冷却资源的浪费。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供一种燃料电池空气供给***测试装置及其控制方法。
本发明提供的燃料电池空气供给***测试装置包括空气主回路、空压机冷却回路、换热装置冷却回路和增湿调节回路；所述空气主回路的进气管路用于与空压机的空气入口连通，所述空气主回路的出气管路用于与所述空压机的空气出口连通；所述空压机冷却回路的冷却液供给口用于与所述空压机的冷却液入口连通，所述空压机冷却回路的冷却液回收口用于与所述空压机的冷却液出口连通；所述空气主回路的出气管路包括换热装置和增湿装置，所述换热装置冷却回路的冷却液供给口与所述换热装置的冷却液入口连通，所述换热装置冷却回路的冷却液回收口与所述换热装置的冷却液出口连通；所述增湿调节回路的去离子液供给口与所述增湿装置的去离子液入口连通，所述增湿调节回路的去离子液回收口与所述增湿装置的去离子液出口连通。
本发明提供的燃料电池空气供给***测试装置的有益效果是，可将用于燃料电池空气供给的不同型号的空压机接入测试***，其中，通过空压机的空气入、出口将其接入空气主回路，通过空压机的冷却液入、出口将其接入空压机冷却回路，同时，位于空气主回路出气管路，即，空压机空气出口下游的例如中冷器的换热装置，通过其冷却液入、出口接入换热装置冷却回路，以及位于空气主回路出气管路的增湿装置，通过其去离子液入、出口接入增湿调节回路。由于在不同转速下，或者不同背压下，经由空压机压缩的空气的热量变化及空压机自身的热量变化不同，设置空压机以不同转速运行，或者工作于不同背压条件下，通过采集空气主回路中不同管路部分的例如空气温度、压力和流量等数据，以及为压缩空气降温、增湿的换热装置冷却回路、增湿调节回路中不同管路部分的例如冷却液温度、压力和流量等数据，可以确定压缩空气在特定空压机运行于不同转速下，或者不同背压下所需的散热量信息。与此同时，通过采集空压机冷却回路中不同管路部分的例如冷却液温度、压力和流量等数据，可以确定特定空压机运行于不同转速下，或者不同背压下自身所需的散热量信息。通过上述散热量信息，可在燃料电池空气供给***的设计中，针对不同的空压机以及空压机所处的不同工况，设置相应的冷却参数，例如，在使用特定空压机运行于特定转速及背压条件下，所需要的冷却液流量等参数，从而使燃料电池空气供给***的设计可以最优化，保证燃料电池的性能及使用寿命。
在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。
进一步，所述空气主回路的进气管路包括空气过滤器，所述空气过滤器与所述空压机的空气入口连通，所述空气过滤器与所述空压机之间设置有主回路第一温度传感器和主回路第一压力传感器；所述换热装置的进气口与所述空压机的空气出口连通，所述换热装置的出气口与所述增湿装置的进气口连通，所述换热装置与所述空压机之间设置有主回路第二温度传感器，所述换热装置与所述增湿装置之间设置有主回路第三温度传感器、主回路空气流量传感器和主回路第一湿度传感器；所述空气主回路的出气管路还包括消音器，所述增湿装置的出气口与所述消音器连通，所述增湿装置与所述消音器之间设置有主回路第二湿度传感器、主回路第四温度传感器和主回路第二压力传感器。
采用上述进一步方案的有益效果是，通过主回路第一温度传感器、主回路第一压力传感器可以确定待进入空压机的空气的温度和压力。通过主回路第二温度传感器可以确定从空压机排出的压缩空气的温度，主回路第二温度传感器与主回路第一温度传感器的示数差值即为经压缩的空气温度变化量。通过主回路第三温度传感器可以确定经换热装置冷却的压缩空气的温度，主回路第三温度传感器与主回路第二温度传感器的示数差值即为经冷却的压缩空气的温度变化量。通过主回路空气流量传感器和主回路第一湿度传感器可以确定经换热装置冷却、待进入增湿装置增湿的空气的流量及湿度。通过主回路第二湿度传感器可以确定经增湿装置增湿的空气湿度，主回路第二湿度传感器与主回路第一湿度传感器的示数差值即为经加湿的空气湿度变化量。通过主回路第四温度传感器和主回路第二压力传感器可以确定空气主回路末端的空气温度和压力。
进一步，所述主回路第二压力传感器与所述消音器之间还设置有电动球阀。
采用上述进一步方案的有益效果是，通过调节电动球阀的开度可以改变空压机的工作背压，通过主回路第二压力传感器可以确定电动球阀处于不同开度下的空压机工作背压，从而获得不同背压条件下，空压机自身结构所需的散热量信息及压缩空气所需的散热量信息，可以进一步优化燃料电池空气供给***的设计。
进一步，所述空压机冷却回路包括水泵和散热器，所述水泵的入水口与所述散热器的排水口连通，所述水泵的出水口与所述空压机的冷却液入口连通，所述散热器的进水口与所述空压机的冷却液出口连通，所述空压机与所述散热器之间设置有空冷回路第一温度传感器，所述水泵与所述空压机之间设置有空冷回路水流量传感器、空冷回路压力传感器和空冷回路第二温度传感器。
采用上述进一步方案的有益效果是，冷却液可在空压机、散热器和水泵中循环流动，水泵将低温冷却液泵入空压机中，对空压机自身结构进行冷却，从空压机中流出的高温冷却液流入散热器进行冷却，经冷却后继续由水泵泵入空压机中。通过空冷回路第一温度传感器和空冷回路第二温度传感器可以确定经冷却的冷却液的温差，结合由空冷回路水流量传感器获得的冷却液流量及由空冷回路压力传感器获得的冷却液压力，可以获得空压机运行时所需的散热量信息。结合该散热量信息，可以优化空压机运行时的散热设计，进而可优化燃料电池空气供给***的整体设计。
进一步，所述空压机冷却回路还包括补水箱与补水开关，所述散热器的上端排气口与所述补水箱的上端开口连通，所述补水箱的下端开口通过所述补水开关与所述散热器的排水口连通，所述补水箱内的冷却水最高表面高于所述空压机冷却回路内的冷却水最高表面。
采用上述进一步方案的有益效果是，初始状态下，空压机冷却回路的管路中可能并没有冷却液，打开补水开关，可使补水箱中的冷却液流入管路中，如果管路中依然有空气，可在循环过程中，通过散热器的排气口通入补水箱中，由于补水箱下部的冷却液的阻隔，空气不会进入管路中，进一步提高冷却回路的整体散热效果。
进一步，所述换热装置冷却回路包括水泵和散热器，所述水泵的入水口与所述散热器的排水口连通，所述水泵的出水口与所述换热装置的冷却液入口连通，所述散热器的进水口与所述换热装置的冷却液出口连通，所述换热装置与所述散热器之间设置有换热回路第一温度传感器，所述散热器与所述水泵之间设置有加热装置，所述水泵与所述换热装置之间设置有换热回路水流量传感器、换热回路压力传感器和换热回路第二温度传感器。
采用上述进一步方案的有益效果是，冷却液可在换热装置、散热器和水泵中循环流动，水泵将低温冷却液泵入换热装置中，通过换热装置对经空压机压缩的空气进行冷却，从换热装置中流出的高温冷却液流入散热器进行冷却，经冷却后继续由水泵泵入换热装置中，其中，如果冷却温度不合适，可通过加热装置进行适当加热。通过换热回路第一温度传感器和换热回路第二温度传感器可以确定经冷却再次泵入换热装置的冷却液的温差，结合由换热回路水流量传感器获得的冷却液流量及由换热回路压力传感器获得的冷却液压力，可以获得经空压机压缩的空气所需的散热量信息。结合该散热量信息，可以优化经由空压机压缩的空气的散热设计，进而可优化燃料电池空气供给***的整体设计。
进一步，所述换热装置冷却回路还包括补水箱与补水开关，所述散热器的上端排气口与所述补水箱的上端开口连通，所述补水箱的下端开口通过所述补水开关与所述散热器的排水口连通，所述补水箱内的冷却水最高表面高于所述换热装置冷却回路内的冷却水最高表面。
采用上述进一步方案的有益效果是，初始状态下，换热装置冷却回路的管路中可能并没有冷却液，打开补水开关，可使补水箱中的冷却液流入管路中，如果管路中依然有空气，可在循环过程中，通过散热器的排气口通入补水箱中，由于补水箱下部的冷却液的阻隔，空气不会进入管路中，进一步提高冷却回路的整体散热效果。
进一步，所述增湿调节回路包括加热水箱和水泵，所述水泵的入水口与所述加热水箱的排水口连通，所述水泵的出水口与所述增湿装置的去离子液入口连通，所述加热水箱的进水口与所述增湿装置的去离子液出口连通，所述增湿装置的去离子液出口与所述加热水箱的进水口之间设置有增湿回路第一温度传感器，所述水泵的出水口与所述增湿装置的去离子液入口之间设置有增湿回路水流量传感器、增湿回路压力传感器和增湿回路第二温度传感器。
采用上述进一步方案的有益效果是，去离子液可在增湿装置、加热水箱和水泵中循环流动，水泵将经加热的去离子液泵入增湿装置中，通过增湿装置对经空压机压缩的空气进行增湿，从增湿装置中流出的去离子液流入加热水箱，可根据实际情况对其加热，继续由水泵泵入增湿装置中。通过增湿回路第一温度传感器和增湿回路第二温度传感器可以确定经加热再次泵入增湿装置的去离子液的温差，结合由增湿回路水流量传感器获得的去离子液流量及由增湿回路压力传感器获得的去离子液压力，可以获得经空压机压缩的空气所需的增湿量信息。结合该增湿量信息，可以优化经由空压机压缩的空气的散热与增湿设计，进而可优化燃料电池空气供给***的整体设计。
进一步，所述空气主回路的进气管路上设置有进气连接管道，所述空气主回路通过所述进气连接管道与所述空压机的空气入口连通；所述空气主回路的出气管路上设置有出气连接管道，所述空气主回路通过所述出气连接管道与所述空压机的空气出口连通；所述空压机冷却回路的冷却液供给口上设置有进液连接管道，所述空压机冷却回路通过所述进液连接管道与所述空压机的冷却液入口连通；所述空压机冷却回路的冷却液回收口上设置有出液连接管道，所述空压机冷却回路通过所述出液连接管道与所述空压机的冷却液出口连通。
采用上述进一步方案的有益效果是，连接管道可采用软管等形式，使空压机可以灵活拆装，并且可测试不同型号的空压机，提高测试的多样性。另外，在不使用时，可在各连接管道的开口端采用端帽将其封闭，避免外界污染物进入管路。
另外，本发明提供的燃料电池空气供给***测试装置的控制方法，可应用于如上所述的燃料电池空气供给***测试装置，所述方法包括如下步骤：
空气供给***测试装置进入初始化后，进行安全自检，以确认空气主回路、空压机冷却回路、换热装置冷却回路和增湿调节回路均处于正常状态。
空气供给***测试装置进入空压机测试模式或***测试模式；当进入空压机测试模式时，对空压机性能进行测试，得到空压机性能参数；当进入***测试模式时，对空气供给***测试装置进行测试，得到空气供给装置测试装置性能参数。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例的燃料电池空气供给***测试装置的结构示意图；
图2为本发明实施例的空气主回路的结构示意图；
图3为本发明实施例的空压机冷却回路的结构示意图；
图4为本发明实施例的换热装置冷却回路的结构示意图；
图5为本发明实施例的增湿调节回路的结构示意图；
图6为本发明实施例的逻辑控制模块的结构示意图；
图7为本发明实施例的燃料电池空气供给***测试装置的控制方法的流程示意图；
图8为本发明实施例的燃料电池空气供给***测试装置的控制方法的流程示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
如图1所示，本发明实施例的燃料电池空气供给***测试装置包括空气主回路1、空压机冷却回路2、换热装置冷却回路3和增湿调节回路4；空气主回路1的进气管路用于与空压机5的空气入口连通，空气主回路1的出气管路用于与空压机5的空气出口连通；空压机冷却回路2的冷却液供给口用于与空压机5的冷却液入口连通，空压机冷却回路2的冷却液回收口用于与空压机5的冷却液出口连通；空气主回路1的出气管路包括换热装置105和增湿装置109，换热装置冷却回路3的冷却液供给口与换热装置105的冷却液入口连通，换热装置冷却回路3的冷却液回收口与换热装置105的冷却液出口连通；增湿调节回路4的去离子液供给口与增湿装置109的去离子液入口连通，增湿调节回路4的去离子液回收口与增湿装置109的去离子液出口连通。
在本实施例中，可将用于燃料电池空气供给的不同型号的空压机接入测试***，其中，通过空压机5的空气入、出口将其接入空气主回路1，通过空压机5的冷却液入、出口将其接入空压机冷却回路2，同时，位于空气主回路1出气管路，即，空压机5空气出口下游的例如中冷器的换热装置105，通过其冷却液入、出口接入换热装置冷却回路3，以及位于空气主回路1出气管路的增湿装置109，通过其去离子液入、出口接入增湿调节回路4。由于在不同转速下，或者不同背压下，经由空压机5压缩的空气的热量变化及空压机自身的热量变化不同，设置空压机以不同转速运行，或者工作于不同背压条件下，通过采集空气主回路1中不同管路部分的例如空气温度、压力和流量等数据，以及为压缩空气降温、增湿的换热装置冷却回路3、增湿调节回路4中不同管路部分的例如冷却液温度、压力和流量等数据，可以确定压缩空气在特定空压机运行于不同转速下，或者不同背压下所需的散热量信息。与此同时，通过采集空压机冷却回路2中不同管路部分的例如冷却液温度、压力和流量等数据，可以确定特定空压机运行于不同转速下，或者不同背压下自身所需的散热量信息。通过上述散热量信息，可在燃料电池空气供给***的设计中，针对不同的空压机以及空压机所处的不同工况，设置相应的冷却参数，例如，在使用特定空压机运行于特定转速及背压条件下，所需要的冷却液流量等参数，从而使燃料电池空气供给***的设计可以最优化，保证燃料电池的性能及使用寿命。
通过实时监测空气供给***的各物理量变化，可以利用监测所得信息优化燃料电池空气供给***控制策略，从而为设计燃料电池发电***提供实验数据基础，提高燃料电池发电***生产效率。
优选地，如图2所示，空气主回路1的进气管路包括空气过滤器101，空气过滤器101与空压机5的空气入口连通，空气过滤器101与空压机5之间设置有主回路第一温度传感器102和主回路第一压力传感器103；换热装置105的进气口与空压机5的空气出口连通，换热装置105的出气口与增湿装置109的进气口连通，换热装置105与空压机5之间设置有主回路第二温度传感器104，换热装置105与增湿装置109之间设置有主回路第三温度传感器106、主回路空气流量传感器107和主回路第一湿度传感器108；空气主回路1的出气管路还包括消音器114，增湿装置109的出气口与消音器114连通，增湿装置109与消音器114之间设置有主回路第二湿度传感器110、主回路第四温度传感器111和主回路第二压力传感器112。
具体地，通过主回路第一温度传感器102和主回路第一压力传感器103可以确定待进入空压机5的空气的温度和压力。通过主回路第二温度传感器104可以确定从空压机5排出的压缩空气的温度，主回路第二温度传感器104与主回路第一温度传感器102的示数差值即为经压缩的空气温度变化量。通过主回路第三温度传感器106可以确定经换热装置105冷却的压缩空气的温度，主回路第三温度传感器106与主回路第二温度传感器104的示数差值即为经冷却的压缩空气的温度变化量。通过主回路空气流量传感器107和主回路第一湿度传感器108可以确定经换热装置105冷却、待进入增湿装置109增湿的空气的流量及湿度。通过主回路第二湿度传感器110可以确定经增湿装置109增湿的空气湿度，主回路第二湿度传感器110与主回路第一湿度传感器108的示数差值即为经加湿的空气湿度变化量。通过主回路第四温度传感器111和主回路第二压力传感器112可以确定空气主回路1末端的空气温度和压力。
需要注意的是，图中的箭头为空气的流向示意。
优选地，主回路第二压力传感器112与消音器114之间还设置有电动球阀113。
具体地，通过调节电动球阀113的开度可以改变空压机5的工作背压，通过主回路第二压力传感器112可以确定电动球阀113处于不同开度下的空压机5工作背压，从而获得不同背压条件下，空压机自身结构所需的散热量信息及压缩空气所需的散热量信息，可以进一步优化燃料电池空气供给***的设计。
优选地，如图3所示，空压机冷却回路2包括水泵25和散热器22，水泵25的入水口与散热器22的排水口连通，水泵25的出水口与空压机5的冷却液入口连通，散热器22的进水口与空压机5的冷却液出口连通，空压机5与散热器22之间设置有空冷回路第一温度传感器21，水泵25与空压机5之间设置有空冷回路水流量传感器26、空冷回路压力传感器27和空冷回路第二温度传感器28。
具体地，冷却液可在空压机5、散热器22和水泵25中循环流动，水泵25将低温冷却液泵入空压机5中，对空压机5自身结构进行冷却，从空压机5中流出的高温冷却液流入散热器22进行冷却，经冷却后继续由水泵25泵入空压机5中。通过空冷回路第一温度传感器21和空冷回路第二温度传感器28可以确定经冷却的冷却液的温差，结合由空冷回路水流量传感器26获得的冷却液流量及由空冷回路压力传感器27获得的冷却液压力，可以获得空压机运行时所需的散热量信息。结合该散热量信息，可以优化空压机运行时的散热设计，进而可优化燃料电池空气供给***的整体设计。
需要注意的是，图中的箭头为冷却液的流向示意。
优选地，空压机冷却回路2还包括补水箱23与补水开关24，散热器22的上端排气口与补水箱23的上端开口连通，补水箱23的下端开口通过补水开关24与散热器22的排水口连通，补水箱23内的冷却水最高表面高于空压机冷却回路2内的冷却水最高表面。
具体地，初始状态下，空压机冷却回路2的管路中可能并没有冷却液，打开补水开关24，可使补水箱23中的冷却液流入管路中，如果管路中依然有空气，可在循环过程中，通过散热器22的排气口通入补水箱23中，由于补水箱23下部的冷却液的阻隔，空气不会进入管路中，进一步提高冷却回路的整体散热效果。
优选地，如图4所示，换热装置冷却回路包括水泵36和散热器32，水泵36的入水口与散热器32的排水口连通，水泵36的出水口与换热装置105的冷却液入口连通，散热器32的进水口与换热装置105的冷却液出口连通，换热装置105与散热器32之间设置有换热回路第一温度传感器31，散热器32与水泵36之间设置有加热装置35，水泵36与换热装置105之间设置有换热回路水流量传感器37、换热回路压力传感器38和换热回路第二温度传感器39。
具体地，冷却液可在换热装置105、散热器32和水泵36中循环流动，水泵36将低温冷却液泵入换热装置105中，通过换热装置105对经空压机5压缩的空气进行冷却，从换热装置105中流出的高温冷却液流入散热器32进行冷却，经冷却后继续由水泵36泵入换热装置105中，其中，如果冷却温度不合适，可通过加热装置35进行适当加热。通过换热回路第一温度传感器31和换热回路第二温度传感器39可以确定经冷却再次泵入换热装置105的冷却液的温差，结合由换热回路水流量传感器37获得的冷却液流量及由换热回路压力传感器38获得的冷却液压力，可以获得经空压机5压缩的空气所需的散热量信息。结合该散热量信息，可以优化经由空压机压缩的空气的散热设计，进而可优化燃料电池空气供给***的整体设计。
需要注意的是，图中的箭头为冷却液的流向示意。
优选地，换热装置冷却回路3还包括补水箱33与补水开关34，散热器32的上端排气口与补水箱33的上端开口连通，补水箱33的下端开口通过补水开关34与散热器32的排水口连通，补水箱33内的冷却水最高表面高于换热装置冷却回路3内的冷却水最高表面。
具体地，初始状态下，换热装置冷却回路3的管路中可能并没有冷却液，打开补水开关34，可使补水箱33中的冷却液流入管路中，如果管路中依然有空气，可在循环过程中，通过散热器32的排气口通入补水箱33中，由于补水箱33下部的冷却液的阻隔，空气不会进入管路中，进一步提高冷却回路的整体散热效果。
需要注意的是，冷却回路中的冷却液可以是水，也可以是其他具有冷却效果的液体。
优选地，如图5所示，增湿调节回路4包括加热水箱42和水泵43，水泵43的入水口与加热水箱42的排水口连通，水泵43的出水口与增湿装置109的去离子液入口连通，加热水箱42的进水口与增湿装置109的去离子液出口连通，增湿装置109的去离子液出口与加热水箱42的进水口之间设置有增湿回路第一温度传感器41，水泵43的出水口与增湿装置109的去离子液入口之间设置有增湿回路水流量传感器44、增湿回路压力传感器45和增湿回路第二温度传感器46。加热水箱42内的去离子液最高表面高于增湿调节回路4内水泵43内去离子液最高表面。
具体地，去离子液可在增湿装置109、加热水箱42和水泵43中循环流动，水泵43将经加热的去离子液泵入增湿装置109中，通过增湿装置109对经空压机5压缩的空气进行增湿，从增湿装置109中流出的去离子液流入加热谁写42，可根据实际情况对其加热，继续由水泵43泵入增湿装置109中。通过增湿回路第一温度传感器41和增湿回路第二温度传感器46可以确定经加热再次泵入增湿装置109的去离子液的温差，结合由增湿回路水流量传感器44获得的去离子液流量及由增湿回路压力传感器45获得的去离子液压力，可以获得经空压机5压缩的空气所需的增湿量信息。结合该增湿量信息，可以优化经由空压机压缩的空气的散热与增湿设计，进而可优化燃料电池空气供给***的整体设计。
需要注意的是，图中的箭头为去离子液的流向示意。
优选地，空气主回路1的进气管路上设置有进气连接管道，空气主回路1通过所述进气连接管道与空压机5的空气入口连通；空气主回路1的出气管路上设置有出气连接管道，空气主回路1通过所述出气连接管道与空压机5的空气出口连通；空压机冷却回路2的冷却液供给口上设置有进液连接管道，空压机冷却回路2通过所述进液连接管道与空压机5的冷却液入口连通；空压机冷却回路2的冷却液回收口上设置有出液连接管道，空压机冷却回路2通过所述出液连接管道与空压机5的冷却液出口连通。
具体地，连接管道可采用软管等形式，使空压机可以灵活拆装，并且可测试不同型号的空压机，提高测试的多样性。另外，在不使用时，可在各连接管道的开口端采用端帽将其封闭，避免外界污染物进入管路。
另外，换热装置冷却回路3也可通过例如软管形式的连接管道接入换热装置105，增湿调节回路4也可通过例如软管形式的连接管道接入增湿装置109。
需要注意的是，各传感器可以为数字传感器，相应的测量数值可直接显示，供操作人员采集。各传感器也可与相应控制装置连接，传感数据经由AD转换后由控制装置采集并汇总所有传感器的相关数据。同时，对回路中空压机、散热器、水泵和电动球阀等的控制也可通过控制装置实现。如图6所示，为***测试装置相应控制装置，也就是逻辑控制模块的结构示意图。
如图7和图8所示，本发明实施例的燃料电池空气供给***测试装置控制方法可应用于如上所述的燃料电池空气供给***测试装置，所述方法包括如下步骤：
空气供给***测试装置进入初始化后，进行安全自检，以确认空气主回路1、空压机冷却回路2、换热装置冷却回路3和增湿调节回路4均处于正常状态。
空气供给***测试装置进入空压机测试模式或***测试模式；当进入空压机测试模式时，对空压机5性能进行测试，得到空压机5性能参数；当进入***测试模式时，对空气供给***测试装置进行测试，得到空气供给装置测试装置性能参数。
优选地，所述进行安全自检的过程具体包括：
开启水泵25、水泵36和水泵43，设定其分别运行于转速R1、R2和R3，根据空冷回路压力传感器27、换热回路压力传感器38和增湿回路压力传感器45的压力值是否分别大于预设压力P1、P2和P3，以检测空压机冷却回路2水管、换热装置冷却回路3水管和增湿调节回路4水管是否正常。
开启散热器22和散热器32，设定其分别运行于转速R4和R5，根据空冷回路第二温度传感器28、换热回路第二温度传感器39和增湿回路第二温度传感器46的温度值是否分别大于预设温度T1、T2和T3，以检测空压机冷却回路2冷却***、换热装置冷却回路3冷却***和增湿调节回路4冷却***是否正常。
开启空压机5，设定空压机5运行于转速A，根据主回路第二压力传感器112的压力值是否大于P4，以检测空气主回路1是否正常。
自检正常后按照用户选择进入空压机测试模式或***测试模式。
优选地，所述空压机测试模式的具体实现包括：
设定空压机5运行于转速B，以增速为500转/档调节空压机转速。
检测空冷回路第二温度传感器28的温度值是否在预设范围内，也就是是否大于T4，当大于T4时，增加水泵25转速，并检测空冷回路压力传感器27的压力值是否大于P5，当大于P5时，减小水泵25转速，增加散热器22风扇转速。确定在预设范围内后，主回路第二温度传感器104的温度值不再变化，也就是空压机冷却回路2温度在合适范围内，调节电动球阀113的开度以调整背压，直至主回路第二压力传感器112压力值达到预设阈值X，当低于预设阈值X时，继续增加空压机5转速，以在不同转速下进行调节背压，循环直至空压机5转速达到标定转速，测试结束。
将空压机5运行于每个不同转速时的温度、压力和流量发送至上位机，得出空压机性能曲线。
优选地，所述***测试模式的具体实现包括：
输入用户所需的温度T、湿度W和压力P，设定空压机5运行于转速B，并调节电动球阀113开度使***位于合适背压下。
调节空压机冷却回路2至预设范围内，以保证空压机5运行于合适的温度。
调节换热装置冷却回路3至预设范围内，并调节增湿调节回路4至预设范围内，以保证回路达到合适的湿度。
调节电动球阀113的开度以调整背压直至最大背压，增加空压机5转速。
循环重复调节温度、湿度和背压，直至空压机5转速到达最高转速，测试结束。
将空压机5运行于每个不同转速时的温度、压力、流量和湿度发送至上位机，得到空气供给***测试装置性能参数。
具体地，检测空冷回路第二温度传感器28温度值是否大于T5，如果大于T5，增加水泵25转速，并检测空冷回路压力传感器27压力值是否大于P6，如果大于P6，降低水泵25转速，增加散热器22风扇转速。如果不大于T5，检测主回路第三温度传感器106温度值是否大于T6，如果不大于T6，关闭散热器32，开启加热装置35，开启水泵36并设定其转速为R6。如果大于T6，检测主回路第三温度传感器106温度值是否大于主回路第二温度传感器104温度值，如果不大于，关闭散热器32，开启加热装置35，开启水泵36并设定转速为R7，如果大于，检测主回路第三温度传感器106温度值是否大于T7。如果不大于T7，增加水泵36转速，检测换热回路第二温度传感器39温度值是否大于T9。如果大于T7，关闭加热装置35，并检测主回路第三温度传感器106温度值是否大于T8，如果大于T8，开启散热器32风扇，并将其转速设定为R8，并继续检测主回路第三温度传感器106温度值是否大于T9，如果大于T9，增加散热器32风扇转速。检测主回路第二湿度湿度传感器110湿度值是否小于W1，如果小于W1，开启水泵43并设定其转速为R9，如果不小于W1，减小水泵43转速，并检测主回路第四温度传感器111温度值是否大于T10，如果大于T10，关闭热水箱42加热装置，并设定水泵43的转速为R9，如果不大于T10，开启热水箱42加热装置，并增加水泵43转速。检测主回路第二湿度传感器110湿度值是否大于W2，如果主回路第二湿度传感器110湿度值大于W2，且换热回路第二温度传感器39温度值大于T9，则温度、湿度调节完成。循环重复调节温度、湿度和背压。检测主回路第二压力传感器112压力值是否大于设定压力P，如果大于P，则以500转每档增加空压机转速，直至其运行于最高转速。
读者应理解，在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。
Claims (6)
1.一种燃料电池空气供给***测试装置，其特征在于，包括空气主回路（1）、空压机冷却回路（2）、换热装置冷却回路（3）和增湿调节回路（4）；所述空气主回路（1）的进气管路用于与空压机（5）的空气入口连通，所述空气主回路（1）的出气管路用于与所述空压机（5）的空气出口连通；所述空压机冷却回路（2）的冷却液供给口用于与所述空压机（5）的冷却液入口连通，所述空压机冷却回路（2）的冷却液回收口用于与所述空压机（5）的冷却液出口连通；所述空气主回路（1）的出气管路包括换热装置（105）和增湿装置（109），所述换热装置冷却回路（3）的冷却液供给口与所述换热装置（105）的冷却液入口连通，所述换热装置冷却回路（3）的冷却液回收口与所述换热装置（105）的冷却液出口连通；所述增湿调节回路（4）的去离子液供给口与所述增湿装置（109）的去离子液入口连通，所述增湿调节回路（4）的去离子液回收口与所述增湿装置（109）的去离子液出口连通；所述空气主回路（1）的进气管路包括空气过滤器（101），所述空气过滤器（101）与所述空压机（5）的空气入口连通，所述空气过滤器（101）与所述空压机（5）之间设置有主回路第一温度传感器（102）和主回路第一压力传感器（103）；所述换热装置（105）的进气口与所述空压机（5）的空气出口连通，所述换热装置（105）的出气口与所述增湿装置（109）的进气口连通，所述换热装置（105）与所述空压机（5）之间设置有主回路第二温度传感器（104），所述换热装置（105）与所述增湿装置（109）之间设置有主回路第三温度传感器（106）、主回路空气流量传感器（107）和主回路第一湿度传感器（108）；所述空气主回路（1）的出气管路还包括消音器（114），所述增湿装置（109）的出气口与所述消音器（114）连通，所述增湿装置（109）与所述消音器（114）之间设置有主回路第二湿度传感器（110）、主回路第四温度传感器（111）和主回路第二压力传感器（112）；所述主回路第二压力传感器（112）与所述消音器（114）之间还设置有电动球阀（113）；所述空压机冷却回路（2）包括水泵（25）和散热器（22），所述水泵（25）的入水口与所述散热器（22）的排水口连通，所述水泵（25）的出水口与所述空压机（5）的冷却液入口连通，所述散热器（22）的进水口与所述空压机（5）的冷却液出口连通，所述空压机（5）与所述散热器（22）之间设置有空冷回路第一温度传感器（21），所述水泵（25）与所述空压机（5）之间设置有空冷回路水流量传感器（26）、空冷回路压力传感器（27）和空冷回路第二温度传感器（28）；所述空压机冷却回路（2）还包括补水箱（23）与补水开关（24），所述散热器（22）的上端排气口与所述补水箱（23）的上端开口连通，所述补水箱（23）的下端开口通过所述补水开关（24）与所述散热器（22）的排水口连通，所述补水箱（23）内的冷却水最高表面高于所述空压机冷却回路（2）内的冷却水最高表面；所述换热装置冷却回路包括水泵（36）和散热器（32），所述水泵（36）的入水口与所述散热器（32）的排水口连通，所述水泵（36）的出水口与所述换热装置（105）的冷却液入口连通，所述散热器（32）的进水口与所述换热装置（105）的冷却液出口连通，所述换热装置（105）与所述散热器（32）之间设置有换热回路第一温度传感器（31），所述散热器（32）与所述水泵（36）之间设置有加热装置（35），所述水泵（36）与所述换热装置（105）之间设置有换热回路水流量传感器（37）、换热回路压力传感器（38）和换热回路第二温度传感器（39）；所述换热装置冷却回路（3）还包括补水箱（33）与补水开关（34），所述散热器（32）的上端排气口与所述补水箱（33）的上端开口连通，所述补水箱（33）的下端开口通过所述补水开关（34）与所述散热器（32）的排水口连通，所述补水箱（33）内的冷却水最高表面高于所述换热装置冷却回路（3）内的冷却水最高表面；所述增湿调节回路（4）包括加热水箱（42）和水泵（43），所述水泵（43）的入水口与所述加热水箱（42）的排水口连通，所述水泵（43）的出水口与所述增湿装置（109）的去离子液入口连通，所述加热水箱（42）的进水口与所述增湿装置（109）的去离子液出口连通，所述增湿装置（109）的去离子液出口与所述加热水箱（42）的进水口之间设置有增湿回路第一温度传感器（41），所述水泵（43）的出水口与所述增湿装置（109）的去离子液入口之间设置有增湿回路水流量传感器（44）、增湿回路压力传感器（45）和增湿回路第二温度传感器（46）。
2.根据权利要求1所述的燃料电池空气供给***测试装置，其特征在于，所述空气主回路（1）的进气管路上设置有进气连接管道，所述空气主回路（1）通过所述进气连接管道与所述空压机（5）的空气入口连通；所述空气主回路（1）的出气管路上设置有出气连接管道，所述空气主回路（1）通过所述出气连接管道与所述空压机（5）的空气出口连通；所述空压机冷却回路（2）的冷却液供给口上设置有进液连接管道，所述空压机冷却回路（2）通过所述进液连接管道与所述空压机（5）的冷却液入口连通；所述空压机冷却回路（2）的冷却液回收口上设置有出液连接管道，所述空压机冷却回路（2）通过所述出液连接管道与所述空压机（5）的冷却液出口连通。
3.一种燃料电池空气供给***测试装置的控制方法，其特征在于，应用于如权利要求1或2所述的燃料电池空气供给***测试装置，所述方法包括如下步骤：
空气供给***测试装置进入初始化后，进行安全自检，以确认空气主回路（1）、空压机冷却回路（2）、换热装置冷却回路（3）和增湿调节回路（4）均处于正常状态；
空气供给***测试装置进入空压机测试模式或***测试模式；当进入空压机测试模式时，对空压机（5）性能进行测试，得到空压机（5）性能参数；当进入***测试模式时，对空气供给***测试装置进行测试，得到空气供给装置测试装置性能参数。
4.根据权利要求3所述的燃料电池空气供给***测试装置的控制方法，其特征在于，所述进行安全自检的过程具体包括：
开启水泵（25）、水泵（36）和水泵（43），根据空冷回路压力传感器（27）、换热回路压力传感器（38）和增湿回路压力传感器（45）的压力值以检测空压机冷却回路（2）水管、换热装置冷却回路（3）水管和增湿调节回路（4）水管是否正常；
开启散热器（22）和散热器（32），根据空冷回路第二温度传感器（28）、换热回路第二温度传感器（39）和增湿回路第二温度传感器（46）的温度值以检测空压机冷却回路（2）冷却***、换热装置冷却回路（3）冷却***和增湿调节回路（4）冷却***是否正常；
开启空压机（5），设定空压机（5）运行于转速A，根据主回路第二压力传感器（112）的压力值以检测空气主回路（1）是否正常。
5.根据权利要求3所述的燃料电池空气供给***测试装置的控制方法，其特征在于，所述空压机测试模式的具体实现包括：
设定空压机（5）运行于转速B，以增速为500转/档调节空压机转速；
检测空冷回路第二温度传感器（28）的温度值是否在预设范围内，确定在预设范围内后，调节电动球阀（113）的开度以调整背压，直至主回路第二压力传感器（112）压力值达到预设阈值，当低于预设阈值时，继续增加空压机（5）转速，以在不同转速下进行调节背压，循环直至空压机（5）转速达到标定转速，测试结束；
将空压机（5）运行于每个不同转速时的温度、压力和流量发送至上位机，得出空压机性能曲线。
6.根据权利要求3所述的燃料电池空气供给***测试装置的控制方法，其特征在于，所述***测试模式的具体实现包括：
输入用户所需的温度T、湿度W和压力P，设定空压机（5）运行于转速B；
调节空压机冷却回路（2）至预设范围内，以保证空压机（5）运行于合适的温度；
调节换热装置冷却回路（3）至预设范围内，并调节增湿调节回路（4）至预设范围内，以保证回路达到合适的湿度；
调节电动球阀（113）的开度以调整背压直至最大背压，增加空压机（5）转速；
循环重复调节温度、湿度和背压，直至空压机（5）转速到达最高转速，测试结束；
将空压机（5）运行于每个不同转速时的温度、压力、流量和湿度发送至上位机，得到空气供给***测试装置性能参数。
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