CN112952159B - 一种燃料电池空压机测试方法及*** - Google Patents

Abstract

本发明提供一种燃料电池空压机测试方法及***。测试方法的步骤为：计算燃料电池堆所需的空气流量和空气压力值；采用电堆模拟器连接空压机，设定空压机转速，并实时调节和检测电堆模拟器的消耗空气流量和入口空气压力值，当调节后的检测值达到所需空气流量和空气压力值时，空压机匹配燃料电池堆，否则进入一下步骤；提高空压机转速，若调节后的检测值达到所需的空气流量和空气压力值，则空压机匹配燃料电池堆；若空压机提至最高转速时仍无法达到，则空压机不匹配燃料电池堆。测试***包括电堆模拟器、压力测试组件及流量测试组件，压力测试组件和流量测试组件分别与电堆模拟器连接。本发明具有测试方便、测试准确性高，且结构紧凑等优点。

Description

一种燃料电池空压机测试方法及***

技术领域

本发明涉及质子交换膜燃料电池领域，尤其涉及一种燃料电池空压机测试方法及***。

背景技术

质子交换膜燃料电池因具有启停速度快、效率高、能量密度大、低噪音无污染等优点，被认为最具潜力的动力装置，当前质子交换膜燃料电池已作为动力电源应用于汽车领域，如燃料电池客车。其中，燃料电池发动机是燃料电池汽车的核心组成部件，燃料电池发动机在工作中需要获取空气中的氧气与氢气发生电化学反应产生电能。

为了提高燃料电池的功率密度和缩小其体积，通常采用燃料空压机加压空气，燃料电池空压机不同于传统空压机，其转速高、压比大、流量小，且燃料电池空压机寄生功率可占燃料电池电堆输出功率的20％。可见，燃料电池空压机的性能将直接影响燃料电池发动机的效率、动态性能、噪音等关键性能指标，因此，在燃料电池发动机开发过程中对燃料电池空压机的测试、选型尤为重要。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种测试方便、测试准确性高，且结构紧凑的燃料电池空压机测试方法及***。

为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：

一种燃料电池空压机测试方法，包括如下步骤：

1)计算燃料电池堆在不同功率下所需的空气流量和空气压力值；

2)采用电堆模拟器连接空压机，设定空压机转速，并实时调节和检测电堆模拟器的消耗空气流量和入口空气压力值，当调节后的空气流量和空气压力值同时达到燃料电池堆所需的空气流量和空气压力值时，判定空压机匹配燃料电池堆，否则进入一下步骤；

3)提高空压机转速，继续检测调节后的空气流量和空气压力值是否能同时达到燃料电池堆所需的空气流量和空气压力值；若达到，则判定空压机匹配燃料电池堆；若空压机提至最高转速时仍无法达到，则判定空压机不匹配燃料电池堆。

作为上述技术方案的进一步改进：

在步骤2)中，采用中冷器对从空压机进入电堆模拟器的高温空气进行降温。

一种燃料电池空压机测试***，包括模拟燃料电池堆的电堆模拟器、调节和检测电堆模拟器入口空气压力值的压力测试组件，以及调节和检测电堆模拟器消耗空气流量的流量测试组件；所述压力测试组件和流量测试组件分别与所述电堆模拟器连接，并模拟燃料电池堆所需的空气流量和空气压力值，以测试空压机是否匹配燃料电池堆。

作为上述技术方案的进一步改进：

所述流量测试组件包括第一空气流量计、第一背压阀及流量测试管路，所述流量测试管路连接于所述电堆模拟器的出口端，所述第一空气流量计和第一背压阀设于所述流量测试管路上。

所述压力测试组件包括第一压力传感器、第二背压阀及压力测试管路，所述压力测试管路连接于所述电堆模拟器的出口端，所述第二背压阀设于所述压力测试管路上，所述第一压力传感器设于所述空压机与电堆模拟器之间。

燃料电池空压机测试***还包括对空压机产生的高温空气降温的中冷器，所述中冷器设于所述空压机与所述电堆模拟器之间，并位于所述第一压力传感器的上游。

所述中冷器与所述第一压力传感器之间设有检测空气温度值的温度传感器。

燃料电池空压机测试***还包括空压机进气组件，所述空压机进气组件包括进气管路、检测空压机进气压力的第二压力传感器，以及检测空压机进气流量的流量检测部件，所述第二压力传感器和流量检测部件设于所述进气管路上。

所述空压机进气组件还包括空气过滤器，所述流量检测部件包括第二空气流量计和第三空气流量计，所述第二空气流量计和第三空气流量计分设于所述空气过滤器的两端。

所述空压机连接有控制空压机运行状态和转速的空压机控制器，所述空压机控制器与所述空压机上穿设有防止两者过温损坏的水冷散热通道。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

本发明在测试时采用电堆模拟器连接空压机来模拟燃料电池堆，同时通过调节电堆模拟器的消耗空气流量和入口空气压力值来模拟燃料电池堆所需的空气流量和空气压力值，以测试空压机的性能能否满足燃料电池堆功率消耗的性能要求，从而达到测试空压机能否匹配燃料电池堆的目的。同时，使得空压机在测试时可根据燃料电池堆所需参数来实时调节转速，并及时判断是否匹配，其测试方便，且测试准确性高，有效避免了空压机在实际过程中由于能力不足而出现的喘振现象。即该测试方法能够测试不同燃料电池堆输出功率下的空压机输出空气流量和压力，帮助燃料电池发动机开发设计时空压机的选型，使得整体燃料电池***效率最佳。本发明的燃料电池空压机测试***同样具有上述优点，且连接结构简单、紧凑。

附图说明

在下文中将基于实施例并参考附图来对本发明进行更详细的描述。其中：

图1是本发明燃料电池空压机测试方法的流程示意图。

图2是本发明燃料电池空压机测试***弄的结构示意图。

图中各标号表示：

1、电堆模拟器；2、空压机；3、流量测试组件；31、第一空气流量计；32、第一背压阀；33、流量测试管路；4、压力测试组件；41、第一压力传感器；42、第二背压阀；43、压力测试管路；5、中冷器；6、温度传感器；7、空压机进气组件；71、进气管路；72、第二压力传感器；73、第二空气流量计；74、第三空气流量计；75、空气过滤器；8、空压机控制器；9、水冷散热通道。

具体实施方式

下面将结合说明书附图和具体实施例对本发明做进一步详细说明，但并不因此而限制本发明的保护范围。

图1示出了本发明燃料电池空压机测试方法的实施例，该测试方法包括如下步骤：

1)计算燃料电池堆在不同功率下所需的空气流量和空气压力值；

2)采用电堆模拟器1连接空压机2，设定空压机2转速，并实时调节和检测电堆模拟器1的消耗空气流量和入口空气压力值，当调节后的空气流量和空气压力值同时达到燃料电池堆所需的空气流量和空气压力值时，判定空压机2匹配燃料电池堆，否则进入一下步骤；

3)提高空压机2转速，继续检测调节后的空气流量和空气压力值是否同时达到燃料电池堆所需的空气流量和空气压力值；若达到，则判定空压机2匹配燃料电池堆；若空压机2提至最高转速时仍无法达到，则判定空压机2不匹配燃料电池堆。

本发明在测试时采用电堆模拟器1连接空压机2来模拟燃料电池堆，同时通过调节电堆模拟器1的消耗空气流量和入口空气压力值来模拟燃料电池堆所需的空气流量和空气压力值，以测试空压机2的性能能否满足燃料电池堆功率消耗的性能要求，从而达到测试空压机2能否匹配燃料电池堆的目的。同时，使得空压机2在测试时可根据燃料电池堆所需参数来实时调节转速，并及时判断是否匹配，其测试方便，且测试准确性高，有效避免了空压机2在实际过程中由于能力不足而出现的喘振现象。即本发明的测试方法能够测试不同燃料电池堆输出功率下的空压机2输出空气流量和压力，帮助燃料电池发动机开发设计时空压机2的选型，使得整体燃料电池***效率最佳。

进一步地，在步骤2)中，采用中冷器5对从空压机2进入电堆模拟器1的高温空气进行降温，以保证电堆模拟器1的顺利可靠运行。

如图2示出了本发明燃料电池空压机测试***的实施例，该测试***包括电堆模拟器1、压力测试组件4及流量测试组件3。其中，电堆模拟器1与空压机2连接，以模拟燃料电池堆。压力测试组件4和流量测试组件3分别与电堆模拟器1连接，压力测试组件4用于调节和检测电堆模拟器1的入口空气压力值，流量测试组件3用于调节和检测电堆模拟器1的消耗空气流量；同时，压力测试组件4和流量测试组件3根据电堆模拟器1所需的空气流量和空气压力值实时调节，以模拟燃料电池堆所需的工况，达到测试空压机2是否匹配燃料电池堆的目的。同时，该测试***的整体结构简单、紧凑。

进一步地，流量测试组件3包括第一空气流量计31、第一背压阀32及流量测试管路33。其中，第一背压阀32根据燃料电池堆所需的空气流量进行调节，以模拟燃料电池堆在不同工况下的空气消耗；第一空气流量计31用于实时检测第一背压阀32调节后的空气流量，以快速判断调节后的空气流量是否达到燃料电池堆所需的空气流量。本实施例中，流量测试管路33连接于电堆模拟器1的出口端，第一空气流量计31和第一背压阀32设于流量测试管路33上，其结构简单、紧凑。

进一步地，压力测试组件4包括第一压力传感器41、第二背压阀42及压力测试管路43。其中，第二背压阀42根据燃料电池堆所需的空气压力值进行调节；第一压力传感器41用于实时检测第二背压阀42调节后的空气压力值，以快速判断调节后的空气压力值是否达到燃料电池堆所需的空气压力值。本实施例中，压力测试管路43连接于电堆模拟器1的出口端，第二背压阀42设于压力测试管路43上，第一压力传感器41设于空压机2与电堆模拟器1之间，其结构简单、紧凑。

在测试过程中，当空压机2调至最高转速仍无法使第一空气流量计31和第一压力传感器41的测试值同时达到燃料电池堆所需的空气流量和空气压力值时，则说明空压机2无法匹配燃料电池堆，其测试准确性高、且快速方便。

如图2所示，燃料电池空压机测试***还包括中冷器5。中冷器5设于空压机2与电堆模拟器1之间，且中冷器5位于第一压力传感器41的上游，中冷器5的设置可对空压机2产生的高温空气进行降温，避免了电堆模拟器1及第一压力传感器41过温损坏的发生，保证测试的顺利进行。

进一步地，中冷器5与第一压力传感器41之间设有温度传感器6，温度传感器6用于检测中冷器5冷却后的空气温度值。当检测温度过高时，需停止测试、并判断中冷器5的冷却介质是否给足，以避免第一压力传感器41过温损坏，保证测试可靠进行。

本实施例中，燃料电池空压机测试***还包括空压机进气组件7，空压机进气组件7包括进气管路71、第二压力传感器72及流量检测部件。其中，进气管路71与空压机2的进气口连通，以通过外部抽入空气；第二压力传感器72检测空压机2的进气压力，流量检测部件检测空压机2的进气流量，第二压力传感器72和流量检测部件设于进气管路71上。

进一步地，空压机进气组件7还包括空气过滤器75，空气过滤器75设于进气管路71上，以过滤空气杂质。同时，流量检测部件包括第二空气流量计73和第三空气流量计74，第二空气流量计73和第三空气流量计74分设于空气过滤器75的两端，当第二空气流量计73和第三空气流量计74检测的流量数值不一致时，则说明空气过滤器75发生堵塞，其可有效判断空压机2进气通道是否通畅，保证空压机可靠进气。

本实施例中，空压机2连接有空压机控制器8。外部输入高压直流电给空压机控制器8，空压机控制器8将其转换为三相高压电给空压机2供电，且空压机控制器8还可控制空压机2的运行状态和转速设定。

同时，空压机控制器8与空压机2上穿设有水冷散热通道9，空压机2和空压机控制器8在持续测试过程中会产生热量，其有效避免了空压机2和空压机控制器8过温损坏的发生。

虽然已经参考优选实施例对本发明进行了描述，但在不脱离本发明的范围的情况下，可以对其进行各种改进并且可以用等效物替换其中的部件。尤其是，只要不存在结构冲突，各个实施例中所提到的各项技术特征均可以任意方式组合起来。本发明并不局限于文中公开的特定实施例，而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。

Claims (7)

1.一种燃料电池空压机测试方法，其特征在于，包括如下步骤：

1）计算燃料电池堆在不同功率下所需的空气流量和空气压力值；

2）采用电堆模拟器连接空压机，设定空压机转速，并实时调节和检测电堆模拟器的消耗空气流量和入口空气压力值，当调节后的空气流量和空气压力值同时达到燃料电池堆所需的空气流量和空气压力值时，判定空压机匹配燃料电池堆，否则进入一下步骤；在步骤2）中，采用中冷器对从空压机进入电堆模拟器的高温空气进行降温；

3）提高空压机转速，继续检测调节后的空气流量和空气压力值是否同时达到燃料电池堆所需的空气流量和空气压力值；若达到，则判定空压机匹配燃料电池堆；若空压机提至最高转速时仍无法达到，则判定空压机不匹配燃料电池堆。

2.一种用于执行根据权利要求1所述的燃料电池空压机测试方法的燃料电池空压机测试***，其特征在于，包括模拟燃料电池堆的电堆模拟器、调节和检测电堆模拟器入口空气压力值的压力测试组件，以及调节和检测电堆模拟器消耗空气流量的流量测试组件；所述压力测试组件和流量测试组件分别与所述电堆模拟器连接，并模拟燃料电池堆所需的空气流量和空气压力值，以测试空压机是否匹配燃料电池堆，

所述空压机连接有控制空压机运行状态和转速的空压机控制器，

所述流量测试组件包括第一空气流量计、第一背压阀及流量测试管路，所述流量测试管路连接于所述电堆模拟器的出口端，所述第一空气流量计和第一背压阀设于所述流量测试管路上，

所述压力测试组件包括第一压力传感器、第二背压阀及压力测试管路，所述压力测试管路连接于所述电堆模拟器的出口端，所述第二背压阀设于所述压力测试管路上，所述第一压力传感器设于所述空压机与电堆模拟器之间。

3.根据权利要求2所述的燃料电池空压机测试***，其特征在于，还包括对空压机产生的高温空气降温的中冷器，所述中冷器设于所述空压机与所述电堆模拟器之间，并位于所述第一压力传感器的上游。

4.根据权利要求3所述的燃料电池空压机测试***，其特征在于，所述中冷器与所述第一压力传感器之间设有检测空气温度值的温度传感器。

5.根据权利要求2至4中任意一项所述的燃料电池空压机测试***，其特征在于，还包括空压机进气组件，所述空压机进气组件包括进气管路、检测空压机进气压力的第二压力传感器，以及检测空压机进气流量的流量检测部件，所述第二压力传感器和流量检测部件设于所述进气管路上。

6.根据权利要求5所述的燃料电池空压机测试***，其特征在于，所述空压机进气组件还包括空气过滤器，所述流量检测部件包括第二空气流量计和第三空气流量计，所述第二空气流量计和第三空气流量计分设于所述空气过滤器的两端。

7.根据权利要求2至4中任意一项所述的燃料电池空压机测试***，其特征在于，所述空压机控制器与所述空压机上穿设有防止两者过温损坏的水冷散热通道。