CN111162296A - 测试室和控制方法 - Google Patents

测试室和控制方法 Download PDF

Info

Publication number
CN111162296A
CN111162296A CN201911082624.1A CN201911082624A CN111162296A CN 111162296 A CN111162296 A CN 111162296A CN 201911082624 A CN201911082624 A CN 201911082624A CN 111162296 A CN111162296 A CN 111162296A
Authority
CN
China
Prior art keywords
test
air
test space
fuel cell
cell assembly
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201911082624.1A
Other languages
English (en)
Inventor
埃诺·瓦格纳
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Weiss Technik GmbH
Original Assignee
Weiss Umwelttechnik GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Weiss Umwelttechnik GmbH filed Critical Weiss Umwelttechnik GmbH
Publication of CN111162296A publication Critical patent/CN111162296A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04313—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by the detection or assessment of variables; characterised by the detection or assessment of failure or abnormal function
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04082—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration
    • H01M8/04089—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N17/00—Investigating resistance of materials to the weather, to corrosion, or to light
    • G01N17/002—Test chambers
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24F—AIR-CONDITIONING; AIR-HUMIDIFICATION; VENTILATION; USE OF AIR CURRENTS FOR SCREENING
    • F24F11/00—Control or safety arrangements
    • F24F11/0001—Control or safety arrangements for ventilation
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24F—AIR-CONDITIONING; AIR-HUMIDIFICATION; VENTILATION; USE OF AIR CURRENTS FOR SCREENING
    • F24F11/00—Control or safety arrangements
    • F24F11/0008—Control or safety arrangements for air-humidification
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24F—AIR-CONDITIONING; AIR-HUMIDIFICATION; VENTILATION; USE OF AIR CURRENTS FOR SCREENING
    • F24F11/00—Control or safety arrangements
    • F24F11/62—Control or safety arrangements characterised by the type of control or by internal processing, e.g. using fuzzy logic, adaptive control or estimation of values
    • F24F11/63—Electronic processing
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24F—AIR-CONDITIONING; AIR-HUMIDIFICATION; VENTILATION; USE OF AIR CURRENTS FOR SCREENING
    • F24F11/00—Control or safety arrangements
    • F24F11/70—Control systems characterised by their outputs; Constructional details thereof
    • F24F11/80—Control systems characterised by their outputs; Constructional details thereof for controlling the temperature of the supplied air
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24F—AIR-CONDITIONING; AIR-HUMIDIFICATION; VENTILATION; USE OF AIR CURRENTS FOR SCREENING
    • F24F3/00—Air-conditioning systems in which conditioned primary air is supplied from one or more central stations to distributing units in the rooms or spaces where it may receive secondary treatment; Apparatus specially designed for such systems
    • F24F3/12—Air-conditioning systems in which conditioned primary air is supplied from one or more central stations to distributing units in the rooms or spaces where it may receive secondary treatment; Apparatus specially designed for such systems characterised by the treatment of the air otherwise than by heating and cooling
    • F24F3/14—Air-conditioning systems in which conditioned primary air is supplied from one or more central stations to distributing units in the rooms or spaces where it may receive secondary treatment; Apparatus specially designed for such systems characterised by the treatment of the air otherwise than by heating and cooling by humidification; by dehumidification
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N33/00—Investigating or analysing materials by specific methods not covered by groups G01N1/00 - G01N31/00
    • G01N33/0078—Testing material properties on manufactured objects
    • G01N33/0083—Vehicle parts
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/36—Arrangements for testing, measuring or monitoring the electrical condition of accumulators or electric batteries, e.g. capacity or state of charge [SoC]
    • G01R31/3644—Constructional arrangements
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/36—Arrangements for testing, measuring or monitoring the electrical condition of accumulators or electric batteries, e.g. capacity or state of charge [SoC]
    • G01R31/382—Arrangements for monitoring battery or accumulator variables, e.g. SoC
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04291—Arrangements for managing water in solid electrolyte fuel cell systems
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04305—Modeling, demonstration models of fuel cells, e.g. for training purposes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04694—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by variables to be controlled
    • H01M8/04791—Concentration; Density
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04694—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by variables to be controlled
    • H01M8/04791—Concentration; Density
    • H01M8/04798—Concentration; Density of fuel cell reactants
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24F—AIR-CONDITIONING; AIR-HUMIDIFICATION; VENTILATION; USE OF AIR CURRENTS FOR SCREENING
    • F24F2110/00—Control inputs relating to air properties
    • F24F2110/50—Air quality properties
    • F24F2110/65—Concentration of specific substances or contaminants
    • F24F2110/76—Oxygen
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N33/00—Investigating or analysing materials by specific methods not covered by groups G01N1/00 - G01N31/00
    • G01N33/0004—Gaseous mixtures, e.g. polluted air
    • G01N33/0009—General constructional details of gas analysers, e.g. portable test equipment
    • G01N33/0027—General constructional details of gas analysers, e.g. portable test equipment concerning the detector
    • G01N33/0036—General constructional details of gas analysers, e.g. portable test equipment concerning the detector specially adapted to detect a particular component
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/50—Fuel cells

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Biodiversity & Conservation Biology (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • Ecology (AREA)
  • Environmental Sciences (AREA)
  • Fuel Cell (AREA)
  • Fuzzy Systems (AREA)
  • Mathematical Physics (AREA)
  • Food Science & Technology (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Testing Resistance To Weather, Investigating Materials By Mechanical Methods (AREA)

Abstract

本发明涉及一种用于控制测试室的方法，并且涉及一种测试室(10)，特别是用于调节空气的气候测试室，燃料电池组件(13)在测试室的测试空间(12)中暴露于至少一种物理测试条件下，燃料电池组件包括至少一个电化学燃料电池(15)，该电化学燃料电池具有阳极隔室和阴极隔室，阳极隔室和阴极隔室均具有用于引入反应物的供给口和用于排出燃料电池组件的废弃产物的排出口，燃料电池组件在测试空间中操作，存在于测试空间中的燃料气体和氧化气体作为反应物供给到燃料电池组件，通过借助于测试室的控制装置对测试空间中的空气温度、空气压力和相对湿度的开环和/或闭环控制来设置测试条件，借助于测试室的空调和通风***(32)，向测试空间供应调节后的供气并且从测试空间中排出废气，其中，使用测试空间中控制装置的控制器的传感器(36)确定氧气浓度，控制器控制氧气浓度。

Description

测试室和控制方法
技术领域
本发明涉及一种测试室，特别是用于调节空气的气候室，并且涉及一种用于控制测试室的方法，其中燃料电池组件在测试室的测试空间中暴露于至少一种物理测试条件下，燃料电池组件包括至少一个电化学燃料电池，该电化学燃料电池具有阳极隔室和阴极隔室，阳极隔室和阴极隔室均具有用于引入反应物的供给口和用于排出燃料电池组件的废弃产物的排出口，该燃料电池组件在测试空间中操作，存在于测试空间中的燃料气体和氧化气体被作为反应物供给到燃料电池组件，通过借助于测试室的控制装置对测试空间中的空气温度、空气压力和相对湿度的开环和/或闭环控制来设置测试条件，借助于测试室的空调和通风***，向测试空间供应调节后的供气并且从测试空间排出废气。
背景技术
这种测试室通常用于测试物体，特别是装置的物理和/或化学性质。例如，已知温度测试柜或气候测试柜，其中能够设置在-70℃至+180℃的范围内的温度。在气候测试柜中，能够额外设置期望的气候条件，然后将装置或测试材料暴露于该气候条件预定的时间段。通常在测试空间内的循环空气管道中控制接收待测试的测试材料的测试空间的温度。循环空气管道在测试空间中形成空气处理空间，在该空气处理空间中布置有用于加热或冷却流经循环空气管道或测试空间的空气的热交换器。风扇或通风机抽吸测试空间中存在的空气，并将其引导至循环空气管道中的各个热交换器。以这种方式，能够对测试材料进行温度控制或能够使测试材料暴露于限定的温度变化。因此，在测试循环期间，温度能够在测试室的最高温度和最低温度之间变化。
此外，例如，已知的是什么被称为燃料电池或燃料电池组件，其要被暴露于在这样的测试室中限定的气候条件以测试燃料电池组件的性能或功能。从现有技术已知的燃料电池组件或燃料电池已知具有带有阳极和阴极的电解质膜，并且例如具有氢气作为燃料气体以及氧气作为氧化气体。
作为固体聚合物型燃料电池，它们通常由两侧上具有涂层的聚合物离子交换膜构成，该涂层形成电解质催化剂并且由导电层材料制成，从而形成阳极和阴极。两个导电隔板在两侧覆盖电解质膜，隔板形成通道，反应物经由该通道适当地分布在电解质膜的各个表面上。
此外，隔板在阳极和阴极的区域中用作集电器。由于使用常规燃料电池能够实现的输出电压相对较低，因此燃料电池串联连接，即堆叠布置，以实现较高的输出电压。在这种情况下，隔板被实现为双极板，该双极板在两侧上形成有用于引导和分配反应物的通道。阳极侧和阴极侧的通道分别经由单个供给口各自被供应有燃料气体和氧化气体，废弃产物经由相应的单个排出口被排出。
如果具有电解质膜的燃料电池组件以氢气作为燃料气体操作，在燃料电池组件的操作期间，工艺水和冷凝物通常会积聚在阳极隔室中，定期清理阳极隔室以防止阳极隔室溢流。存在于阳极隔室中的水和其中包含的燃料气体将进入燃料电池组件的环境，即测试空间。如果燃料气体是氢气，则可能导致在测试空间中形成氢氧气体，这就是为什么必须借助于空调和通风***交换测试空间中的空气的原因。同样，已知燃料电池组件，其中使作为燃料气体的氢气循环，并且必须分离装载氢气的异物。借助于空调和通风***，在测试空间内供应经过调节的供气，并且排出废气。为此，将用于供气和废气的管道连接到测试空间。
为了测试燃料电池组件，将其连接到电子负载，从而允许基于电阻的增大或减小来检测电流-电压特性。测试空间和连接到其中的空调和通风***与测试空间的周围环境气密密封，从测试空间向燃料电池组件的阴极供应氧气作为氧化气体。
测试空间中相对湿度的理想设置对于测试空间内燃料电池组件的理想功能至关重要。当存在于测试空间中的空气以氧气作为氧化气体供给到燃料电池组件时，它不得太湿或太干，因为否则燃料电池组件的功率密度会大大降低。而且，必须在空气温度方面适当地预调节由空调和通风***提供的供气。空气中不可用作氧化气体的成分(例如氮气)也必须进行适当调节。因此，如果要对必要的空气交换所需的空气进行适当的调节，则空调和通风***必须配备大功率的干燥机和加湿器。此外，可以借助于空调和通风***对测试空间加压，从而进一步增加空气流量。
发明内容
因此，本发明的目的是提出一种方法和包括燃料电池组件的测试室，该测试室和方法允许对燃料电池组件进行简单且成本有效的测试。该目的通过具有权利要求1的特征的方法和具有权利要求19的特征的装置来实现。
在根据本发明的用于控制测试室，特别是用于调节空气的气候室的方法中，燃料电池组件在测试室的测试空间中暴露于至少一种物理测试条件下，燃料电池组件包括至少一个电化学燃料电池，该燃料电池具有阳极隔室和阴极隔室，阳极隔室和阴极隔室均具有用于引入反应物的供给口和用于排出燃料电池组件的废弃产物的排出口，燃料电池组件在测试空间中操作，测试空间中存在的燃料气体和氧化气体作为反应物被供给到燃料电池组件，通过借助于测试室的控制装置对测试空间中的空气温度、空气压力和相对湿度的开环和/或闭环控制来设置测试条件，并且借助于测试室的空调和通风***向测试空间供应调节后的供气并从测试空间排出废气，其中使用测试空间中控制装置的控制器的传感器确定氧气浓度，该控制器控制氧气浓度。
在根据本发明的方法中，燃料电池组件在测试室的测试空间中布置和操作。在操作期间，燃料电池组件在测试时段内暴露于限定的环境条件。在空调和通风***中实现了在测试空间中的空气交换，以从测试空间中去除燃料电池组件的任何释放的燃料气体。特别地，借助于控制器的传感器确定，即测量测试空间中空气中的氧气浓度，并根据测试空间中用于燃料电池组件的操作所需的氧气浓度来控制氧气浓度。这允许减少空调和通风***的输出，直到在测试空间的空气中达到仅足以使燃料电池组件操作的氧气浓度。在这种情况下，空调和通风***不再需要向测试空间供应大量的预调节供气，因为它只需在测试空间中引入燃料电池组件实际所需量的(新鲜)空气即可。尽管燃料电池组件特别使用空气中的氧气部分作为氧化气体，但空调和通风***也必须适当地预处理其他空气部分，例如氮气。由于根据本发明的方法允许减少要由空调和通风***泵送的氧气部分，因此，作为结果，将必须由空调和通风***泵送和处理的空气量相比而言明显减少。除了能够以这种方式节省的能量外，空调和通风***(特别是处理供气所需的加湿器、除湿器和热交换器)相比而言尺寸能够更小，从而允许显著地节省成本。
空调和通风***能够由控制装置控制。控制装置能够从控制器接收与测试空间中氧气浓度有关的数据或信号。因此，控制器能够与控制装置形成闭环控制***。在这种情况下，控制装置能够控制空调和通风***以预调节供气，并控制测试空间以调节测试空间中的空气，特别是例如空气温度和相对湿度。该闭环控制能够借助于PID控制器来实现。控制装置的控制器能够通过控制空调和通风***以控制氧气浓度来增加或减少测试空间中的空气交换。
如果使用控制器的计量阀根据氧气浓度将氧气引入测试空间和/或空调和通风***的供应管道，则是特别有利的。例如，然后能够经由供应管线将纯氧气直接引入测试空间。燃料电池组件消耗的氧气能够用引入测试空间的氧气补充。因此，不再需要通过供气将氧气引入测试空间，这意味着显著减少了必须通过空调和通风***进行预调节的供气的量。因此，空调和通风***能够具有更小的尺寸。替代地或另外地，可以将纯氧气引入到空气调节和通风***的供气管道中，使得供气具有更大的氧气含量。因此，所述氧气已经被预调节。因此，不能被燃料电池组件用作氧化气体的空气成分的剩余部分较小。总体而言，必须通过空调和通风***为测试空间提供相对较少的调节供气。计量阀允许相对精确地计量到测试空间或供气管道中实际需要的氧气量，从而将要调节的空气量减少到最小。计量阀例如能够是电子调节阀。
此外，废弃产物可被排出到测试空间中。废弃产物例如可以包含水、蒸汽和燃料气体残留物。然后能够借助于空调和通风***的废气将废弃产物从测试空间中排出。此外，废弃产物，特别是蒸汽，能够用于设置测试空间的湿度。至少，这确保了在实际环境条件下对燃料电池组件进行测试。
能够借助于燃料电池组件的泵向阴极隔室供应存在于测试空间中的空气。所述空气将具有借助于传感器测量的氧气浓度或在测试空间中通过控制器控制的氧气浓度。例如，泵可以是压缩机，无论如何该压缩机是操作燃料电池组件所必需的。
能够借助于燃料电池组件的燃料计量阀向阳极隔室供应氢气作为燃料气体。以此方式，能够经由供应管线将纯氢气(H2)直接供给至燃料电池组件。燃气计量阀能够是电子调节阀。燃料电池的化学方程式H2+1/2O2→H2O+Eel导致氢气/氧气的比例为2：1，从而允许借助于控制器根据氢气量将所需的氧气量非常精确地引入到测试空间中。以这种方式能够进一步减少要调节的空气量。
氢气(H2)和氧气(O2)也能够借助位于测试空间中的电解槽产生。例如，可以在测试空间中布置压力电解槽，所述压力电解槽产生燃料电池组件所消耗的氢气和氧气的量并将其排放到测试空间中。因此，能够完全省去氢气和氧气供应管线以及伴随的存储装置的复杂安装。所需要的只是在测试空间内向压力电解槽供应电能。原则上，也可以将压力电解槽布置在测试空间外部，并经由供应管线将氢气和氧气引入燃料电池组件中，或者经由空调和通风***的供气管道将其引入测试空间中。
能够借助于测试室的温度控制装置来设置测试空间中的空气温度。这允许更精确地控制预调节的供气的温度。在这种情况下，测试空间中的空气温度借助于控制装置控制。可以在测试空间中形成空气处理空间，其中布置有用于加热或冷却流经测试空间的空气的热交换器。此外，可以提供用于使存在于测试空间中的空气循环的风扇或通风机，因此，以循环空气管道的方式实现空气处理空间。
能够使用布置在测试空间中的测试室的加湿器和/或除湿器来设置测试空间中的相对湿度。能够将加湿器或除湿器布置在测试空间中的空气处理空间中。在这种情况下，控制装置能够经由加湿器或除湿器相对精确地控制测试空间中的相对湿度。同样，空调和通风***能够具有用于预调节供气的加湿器和/或除湿器。
能够使用控制装置的加湿器控制电路的湿度传感器来测量测试空间中的相对湿度。这允许特别精确地控制和设置测试空间中的相对湿度。
能够借助于空调和通风***的供气鼓风机和/或废气鼓风机设置测试空间中的空气压力。例如，这还允许在测试空间中建立高于环境压力的压力。由于通过引入燃料气体和消耗氧化气体，在封闭的测试空间中空气压力会发生变化，因此这也确保了能够始终在测试空间中设置恒定的空气压力。供气鼓风机和废气鼓风机能够借助于控制装置来控制。
以此方式，能够借助于空调和通风***来建立测试空间中的空气交换率和/或测试空间与环境之间的压力差。能够以这样的方式设置空气交换率：使得在测试空间中始终存在燃料气体的不可燃量。
供气的空气温度和/或相对湿度也能够借助于空调和通风***进行设置。在这种情况下，空调和通风***将包括加湿器和/或除湿器以及用于控制供气的温度的热交换器。空调和通风***能够根据燃料电池组件所需的测试条件对供气进行预调节。通过调节测试空间中存在的空气，能够在测试空间本身内精确地设置测试条件。
如果能够测量由燃料电池组件产生的电流，则是特别有利的，控制装置能够根据所产生的电流来控制相对湿度。根据法拉第定律，所测量的电流和燃料电池组件产生的水量相互依赖：
Figure RE-GDA0002379198230000051
I＝电流
n＝2
F＝96485C/mol(法拉第常数)
因此，能够借助于控制装置直接并且实时地确定由燃料电池组件产生的水或蒸汽的物质流。同样，如此测量的产生的水量能够用于对控制装置的湿度控制器进行先导控制，以设置测试空间和/或调节后的供气中的相对湿度。总体上，这允许根据所产生的电流来更精确地控制测试空间和/或供气中的相对湿度。
替代地或附加地，能够测量由燃料电池组件产生的电流，控制器能够根据所产生的电流来控制氧气浓度。根据上述法拉第定律，并根据燃料电池组件的化学方程式，在这种情况下，能够非常精确地确定从测试空间消耗的氧气量以产生测量的电流。然后能够以相应的精度向测试空间供应所需量的所述氧气。这样确定的消耗的氧气量能够用于例如对控制器进行先导控制以控制氧气浓度。
此外，测得的电流能够用作控制装置的级联控制的主控制器的输入参数。级联控制除其他组件外还能够包括PID控制器，该PID控制器用于控制测试空间中的空气温度、空气压力和/或湿度。控制装置能够将由于燃料电池组件的蒸汽的输出和氧气的消耗而增加的相对湿度作为控制参数，从而使得借助于测试室对燃料电池组件的测试显著简化。在这种情况下，不再需要在测试室的控制装置上进行耗时的参数设置和这些变量的预设。
如果控制器用作级联控制的从属控制器，则也是特别有利的。以此方式，能够进一步提高控制精度。
物理测试条件能够是温度、相对湿度、腐蚀性大气和/或部件强度。此外，燃料电池组件可以***作一段测试时段，并且可以在负载下暴露于所述测试条件。
根据本发明的用于调节空气的测试室，特别是气候室，包括能够相对于环境密封并且是温度绝缘的测试空间，该测试空间中布置有燃料电池组件，该燃料电池组件在测试空间中可操作并且可暴露于至少一种气候测试条件，该燃料电池组件包括至少一个电化学燃料电池，该至少一个电化学燃料电池具有阳极隔室和阴极隔室，阳极隔室和阴极隔室均具有用于引入反应物的供给口和用于排出燃料电池组件的废弃产物的排出口，存在于测试空间中的燃料气体和氧化气体作为反应物被供给到燃料电池组件，测试室具有控制装置，该控制装置用于通过对测试空间中的空气温度、空气压力和相对湿度的开环和/或闭环控制来设置测试条件，测试室具有空调和通风***，该空调和通风***用于将调节后的供气引入测试空间并用于从测试空间排出废气，其中控制装置具有控制器，该控制器具有用于确定测试空间中的氧气浓度的传感器，该控制器被配置为控制测试空间中的氧气浓度。关于根据本发明的测试室的有利效果，参考对根据本发明的方法的优点的描述。
测试室能够具有用于控制测试空间的温度的温度控制装置，其中，可以借助于温度控制装置在测试空间内建立温度范围为-70℃至+180℃，优选为-80℃至+200℃的温度，温度控制装置可以包括冷却单元，该冷却单元具有包括制冷剂的冷却回路、布置在测试空间内的热交换器、压缩机、冷凝器和膨胀元件，并且温度控制装置能够具有加热单元，该加热单元包括加热器和另一热交换器。
在这种情况下，可以借助于冷却单元经由测试空间中的热交换器来冷却测试空间的循环空气。热交换器能够连接到冷却回路或集成在冷却回路中，在冷却回路中循环的制冷剂因此流过热交换器。压缩机能够是机械压缩机装置，并且用于冷凝制冷剂的冷凝器能够在制冷剂的流动方向上连接在压缩机的下游。在冷凝器中液化的制冷剂能够经由膨胀元件流动，使得由于压力下降而通过膨胀再次变成气态，并冷却热交换器。加热单元或加热器能够由电加热元件组成，经由该电加热元件能够加热另一热交换器。像热交换器一样，另一热交换器能够布置在测试空间内。
根据从属于方法权利要求1的权利要求的特征的描述，测试室的其他有利实施例是清楚的。
附图说明
图1是其中设置有燃料电池组件的测试室的示意图。
具体实施方式
在下文中，将参考附图更详细地说明本发明。
该图示出了具有温度绝缘的测试空间12的测试室10的示意图，该测试空间12相对于环境11被气密密封。由燃料电池15的堆14组成的燃料电池组件13布置在测试空间12中。燃料电池组件13能够通过具有燃料气体计量阀17的供应管线16被直接供应作为燃料气体的氢气(H2)。此外，燃料电池组件13能够通过具有压缩机19的供应管线18被供应存在于测试空间12中的空气。此外，能够通过具有计量阀21的供应管线20来供应作为氧化气体的氧气(O2)。燃料电池组件13的废弃产物，例如燃料气体残余物、水和/或蒸汽，通过排出管线22被排出到测试空间12。
燃料电池组件13借助于冷却水冷却，冷却水经由供给管线23被供给到燃料电池组件 13，并且在流过堆14之后，经由回流管线24被排出。燃料电池组件13被连接到电路25，经由该电路能够产生负载并且能够测量电流和电压。
在测试空间12内形成有循环空气管道26，存在于测试空间12中的空气能够通过该循环空气管道借助于风扇27循环。除湿器28、加湿器29、用于冷却空气的热交换器30和用于加热空气的另一热交换器31布置在循环空气管道26中。仅部分示出的空调和通风*** 32的供气管道33和废气管道34连接到测试空间12。经由供气管道33，能够将预调节的供气直接引入循环空气管道26中，并因此引入测试空间12中。存在于测试空间12中的空气经由废气管道34排出。而且，破裂盘35连接至测试空间12。此外，在测试空间12中布置有用于测量测试空间12中的氧气浓度的传感器36。传感器36是用于控制氧气浓度的控制器(未示出)的一部分。控制器以这样的方式控制计量阀21，即，通过经由供给管线 20供应氧气，总是以允许燃料电池组件13***作的方式来设置测试空间12内的氧气浓度。因此，燃料电池组件12所消耗的测试空间12中的空气中的氧气能够经由供给管线20进行补充，而不必经由供气管道33引入大量的预调节空气。
控制器是测试室10的控制装置(未示出)的一部分，控制装置控制空调和通风***32、风扇27、除湿器28、加湿器29、热交换器30和热交换器31以调节存在于测试空间12中的空气。通过测量燃料电池组件13产生的电流，控制装置能够计算燃料电池组件13产生的废弃产物或水和/或消耗的氧气的量。然后，控制装置能够以相应的精度控制空调和通风***32、除湿机28、加湿机29和计量阀21。总体上，这使得必须由空调和通风***32 循环的空气量很小，并且空气的加湿和除湿基本上能够限于测试空间12中存在的空气的氧气部分。此外，能够省略在使用燃料电池组件13进行测试之前对控制装置的复杂的参数设置，这是因为相关变量能够由控制装置本身来确定。

Claims (20)

1.一种用于控制测试室(10)的方法，特别是用于控制调节空气的气候测试室的方法，燃料电池组件(13)在测试室的测试空间中暴露于至少一种物理测试条件下，燃料电池组件包括至少一个电化学燃料电池(15)，电化学燃料电池(15)具有阳极隔室和阴极隔室，阳极隔室和阴极隔室均具有用于引入反应物的供给口和用于排出燃料电池组件的废弃产物的排出口，燃料电池组件在测试空间中***作，存在于测试空间中的燃料气体和氧化气体作为反应物被给送到燃料电池组件，通过借助于测试室的控制装置对测试空间中的空气温度、空气压力和相对湿度的开环和/或闭环控制来设置测试条件，借助于测试室的空调和通风***(32)，向测试空间供应调节后的供气并且从测试空间中排出废气，
其特征在于，使用测试空间中控制装置的控制器的传感器(36)确定氧气浓度，控制器控制氧气浓度。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，空调和通风***(32)由控制装置控制。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，根据使用控制器的计量阀(21)的氧气浓度，氧气(O2)被引入测试空间(12)和/或空调和通风***(32)的供气管道(33)中。
4.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其特征在于，废弃产物被排出到测试空间(12)中。
5.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其特征在于，借助于燃料电池组件(13)的泵(19)向阴极隔室供应存在于测试空间(12)中的空气。
6.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其特征在于，借助于燃料电池组件(13)的燃料气体计量阀(17)向阳极隔室供应作为燃料气体的氢气(H2)。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，借助于位于测试空间(12)中的电解槽产生氢气(H2)和氧气(O2)。
8.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其特征在于，借助于测试室(10)的温度控制装置来设置测试空间(12)中的空气温度。
9.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其特征在于，借助于测试室(10)的加湿器(29)和/或除湿器(28)设置测试空间(12)中的相对湿度，其中加湿器(29)和/或除湿器(28)位于测试空间中。
10.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其特征在于，借助于控制装置的加湿器控制电路的湿度传感器来测量测试空间(12)中的相对湿度。
11.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其特征在于，借助于空调和通风***(32)的供气鼓风机和/或废气鼓风机设置测试空间(12)中的空气压力。
12.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其特征在于，空调和通风***(32)用于建立测试空间(12)中的空气交换率和/或测试空间与环境(11)之间的压力差。
13.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其特征在于，借助于空调和通风***(32)设置供气的空气温度和/或相对湿度。
14.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其特征在于，测量由燃料电池组件(13)产生的电流，控制装置根据产生的电流来控制相对湿度。
15.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其特征在于，测量由燃料电池组件(13)产生的电流，控制器根据产生的电流来控制氧气浓度。
16.根据权利要求14或15所述的方法，其特征在于，所测量的电流用作控制装置的级联控制的主控制器的输入参数。
17.根据权利要求16所述的方法，其特征在于，控制器用作级联控制的从属控制器。
18.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其特征在于，物理测试条件是温度、相对湿度、腐蚀性大气和/或部件强度。
19.一种测试室(10)，特别是用于调节空气的气候室，其包括能够相对于环境(11)密封并且温度绝缘的测试空间(12)，测试空间(12)在其中布置有燃料电池组件(13)，燃料电池组件在测试空间中可操作并且可暴露于至少一种物理测试条件，燃料电池组件包括至少一个电化学燃料电池(15)，电化学燃料电池具有阳极隔室和阴极隔室，阳极隔室和阴极隔室均具有用于引入反应物的供给口和用于排出燃料电池组件的废弃产物的排出口，存在于测试空间中的燃料气体和氧化气体作为反应物被供给到燃料电池组件，测试室具有控制装置，所述控制装置用于通过对测试空间中的空气温度、空气压力和相对湿度进行开环和/或闭环控制来设置测试条件，测试室具有空调和通风***(32)，所述空调和通风***用于将调节后的供气引入测试空间并从测试空间排出废气，
其特征在于，所述控制装置具有控制器，所述控制器具有用于确定测试空间中的氧气浓度的传感器(36)，所述控制器被配置为控制测试空间中的氧气浓度。
20.根据权利要求19所述的测试室，其特征在于，测试室(10)具有用于控制测试空间(12)的温度的温度控制装置，借助于温度控制装置，在测试空间内可建立在-70℃至+180℃的温度范围内、优选地在-80℃至+200℃的温度范围内的温度，温度控制装置具有冷却单元，所述冷却单元包括冷却回路，所述冷却回路包括制冷剂、布置在测试空间中的热交换器(30)、压缩机、冷凝器和膨胀元件，所述温度控制装置具有加热单元，所述加热单元包括加热器和另一热交换器(31)。
CN201911082624.1A 2018-11-07 2019-11-07 测试室和控制方法 Pending CN111162296A (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP18204943.7A EP3650832A1 (de) 2018-11-07 2018-11-07 Prüfkammer für brennstoffzellen und verfahren zur steuerung
EP18204943.7 2018-11-07

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN111162296A true CN111162296A (zh) 2020-05-15

Family

ID=64183977

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201911082624.1A Pending CN111162296A (zh) 2018-11-07 2019-11-07 测试室和控制方法

Country Status (5)

Country Link
US (1) US11545678B2 (zh)
EP (1) EP3650832A1 (zh)
JP (1) JP7411384B2 (zh)
KR (1) KR20200052849A (zh)
CN (1) CN111162296A (zh)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111781523A (zh) * 2020-09-07 2020-10-16 爱德曼氢能源装备有限公司 一种燃料电池双极板内阻检测装置
CN112038672A (zh) * 2020-08-21 2020-12-04 中机科(北京)车辆检测工程研究院有限公司 一种燃料电池废气排放测试装置及测试方法
CN112526358A (zh) * 2021-02-07 2021-03-19 佛山市格美清洁设备有限公司 应用于扫地车燃料电池环境测试的测试设备及控制方法
CN113341326A (zh) * 2021-08-04 2021-09-03 河南工学院 一种锂离子电池检测用防护装置

Families Citing this family (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP7163794B2 (ja) * 2019-01-28 2022-11-01 トヨタ自動車株式会社 燃料電池システム
US11353420B2 (en) 2019-10-11 2022-06-07 Delphi Technologies Ip Limited Oxygen sensor system and method
US11174806B2 (en) * 2019-10-11 2021-11-16 Delphi Technologies Ip Limited Oxygen sensor system and method
KR20220080393A (ko) * 2020-12-07 2022-06-14 삼성전자주식회사 테스트 장치 및 방법
WO2022220213A1 (ja) * 2021-04-12 2022-10-20 株式会社堀場製作所 評価装置、評価方法及び評価装置用プログラム
CN115312806B (zh) * 2021-05-06 2024-06-21 永安行科技股份有限公司 一种氢燃料电池测试***及方法
CN113340585B (zh) * 2021-05-18 2022-05-24 黄冈格罗夫氢能汽车有限公司 一种燃料电池氢子***阀体通用测试台架
JP2023008422A (ja) * 2021-07-06 2023-01-19 トヨタ自動車株式会社 燃料電池システム
CN114122452A (zh) * 2021-11-23 2022-03-01 中汽创智科技有限公司 一种燃料电池***测试台架和测试方法

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE20013299U1 (de) * 2000-08-02 2000-12-28 Xcellsis Gmbh Explosionsgeschützte Klimaprüfkammer
CN102621499A (zh) * 2012-03-28 2012-08-01 中国东方电气集团有限公司 用于测试燃料电池堆的装置
CN107132485A (zh) * 2017-06-05 2017-09-05 北京建筑大学 一种车用燃料电池测试装置及其工作方法
JP2017219370A (ja) * 2016-06-06 2017-12-14 エスペック株式会社 環境試験装置及び環境試験方法

Family Cites Families (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
USH229H (en) * 1984-07-20 1987-03-03 Environmental test chamber
US4967608A (en) * 1989-05-02 1990-11-06 Ion Systems, Inc. Test chamber for particle emitters
AU766541B2 (en) * 1999-06-29 2003-10-16 Carrier Corporation Biosensors for monitoring air conditioning and refrigeration processes
AU2001290679A1 (en) * 2000-09-06 2002-03-22 Colorado Altitude Training Llc Altitude simulation method and system
US6511372B2 (en) * 2001-03-06 2003-01-28 Controlled Environments, Inc. Apparatus for controlling gas flow in thermodynamic environmental testing devices
JP3972822B2 (ja) 2003-01-22 2007-09-05 日産自動車株式会社 ガスセンサ及びこれを用いた燃料電池システム
JP4573900B2 (ja) * 2008-08-26 2010-11-04 シャープ株式会社 室内の清浄化方法
KR101184550B1 (ko) * 2010-11-17 2012-09-19 중앙대학교 산학협력단 제연 설비 구축을 위한 누설 면적 측정 방법 및 시스템
US11060754B2 (en) * 2015-06-05 2021-07-13 Novinium, Inc. Ventilation system for manhole vault
US10145834B2 (en) * 2016-07-19 2018-12-04 The Boeing Company Systems and methods for non-flammable indication of incendivity
US11149970B2 (en) * 2016-10-28 2021-10-19 Xergy Inc. Cooling systems having an integrated ionic liquid salt dehumidification system
GB201712565D0 (en) * 2017-08-04 2017-09-20 Airponix Ltd Humidity controller
KR102552073B1 (ko) * 2018-02-02 2023-07-06 현대자동차주식회사 연료전지 워터트랩의 수위센서 고장 진단 방법과 이를 이용한 제어 장치
US20220010992A1 (en) * 2020-07-10 2022-01-13 City University Of Hong Kong Apparatus for processing air in an indoor environment

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE20013299U1 (de) * 2000-08-02 2000-12-28 Xcellsis Gmbh Explosionsgeschützte Klimaprüfkammer
CN102621499A (zh) * 2012-03-28 2012-08-01 中国东方电气集团有限公司 用于测试燃料电池堆的装置
JP2017219370A (ja) * 2016-06-06 2017-12-14 エスペック株式会社 環境試験装置及び環境試験方法
CN107132485A (zh) * 2017-06-05 2017-09-05 北京建筑大学 一种车用燃料电池测试装置及其工作方法

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112038672A (zh) * 2020-08-21 2020-12-04 中机科(北京)车辆检测工程研究院有限公司 一种燃料电池废气排放测试装置及测试方法
CN111781523A (zh) * 2020-09-07 2020-10-16 爱德曼氢能源装备有限公司 一种燃料电池双极板内阻检测装置
CN112526358A (zh) * 2021-02-07 2021-03-19 佛山市格美清洁设备有限公司 应用于扫地车燃料电池环境测试的测试设备及控制方法
CN112526358B (zh) * 2021-02-07 2021-05-14 佛山市格美清洁设备有限公司 应用于扫地车燃料电池环境测试的测试设备及控制方法
CN113341326A (zh) * 2021-08-04 2021-09-03 河南工学院 一种锂离子电池检测用防护装置
CN113341326B (zh) * 2021-08-04 2021-10-08 河南工学院 一种锂离子电池检测用防护装置

Also Published As

Publication number Publication date
US20200144637A1 (en) 2020-05-07
EP3650832A1 (de) 2020-05-13
JP2020077640A (ja) 2020-05-21
KR20200052849A (ko) 2020-05-15
US11545678B2 (en) 2023-01-03
JP7411384B2 (ja) 2024-01-11

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US11545678B2 (en) Test chamber and control method
US7014932B2 (en) Drainage system and process for operating a regenerative electrochemical cell system
CN100541892C (zh) 空气冷却式燃料电池***
US8623564B2 (en) Method for remedial action in the event of the failure of the primary air flow measurement device in a fuel cell system
US9070921B2 (en) Subzero ambient shutdown purge operating strategy for PEM fuel cell system
WO1999065090A2 (en) System and method of water management in the operation of a fuel cell
JP2007335409A (ja) スタック入口のｒｈを増大させるためのシステムレベル調整
JP2006351506A (ja) 燃料電池システム
CN109888337A (zh) 燃料电池自增湿控制方法及自增湿控制***
CN108400351A (zh) 运行燃料电池***和设定阴极运行气体的相对湿度的方法
US20040161657A1 (en) Method of operating a fuel cell power system to deliver constant power
JP4603920B2 (ja) 燃料電池用加湿装置及びこれを備えた燃料電池システム
JP4147936B2 (ja) 燃料電池システム
US7045235B2 (en) Fuel cell system including air flow control
JP5109284B2 (ja) 燃料電池システム
Abd Rahman et al. Simulation of PEMFC stack for portable power generator application
JP2006339103A (ja) 燃料電池システム
KR102579359B1 (ko) 연료전지를 활용한 독립공간의 공조시스템
JP7129761B2 (ja) 気流で冷却される平面型燃料電池から電力を生成するデバイス及びその使用方法
CN114144913A (zh) 加湿器、带有加湿器的燃料电池装置以及机动车
JP2000048838A (ja) 燃料電池装置の制御方法
Schultze et al. State estimation with time delay and state feedback control of cathode exhaust gas mass flow for PEM fuel cell systems
JP5352944B2 (ja) 燃料電池の温度制御方法および温度制御装置
KR100653674B1 (ko) 연료전지의 가스 습도 제어장치 및 그 방법
KR101274445B1 (ko) 연료 전지 시스템

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination