CN115832358A - 一种阴极闭式空冷型燃料电池测试*** - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种阴极闭式空冷型燃料电池测试***，包括阴极闭式空冷型燃料电池电堆、测试工装、氢气进气模块、氮气吹扫模块、空气进气模块、尾排模块和电子负载。通过阴极闭式空冷燃料电池测试***支路集成电池阀，实现测试时氢气和空气的干湿切换并且吹扫时氮气的干湿切换；当阴极闭式空冷燃料电池测试***不启用空气进气模块时，该测试***同时可以兼顾开放式空冷燃料电池的测试；通过在阴极闭式空冷燃料电池测试***集成气水分离器、氢气加湿罐和空气加湿罐液位计，对整个测试过程中电堆的水含量进行实时定量监控，以便对测试工况参数进行合理性优化。本发明提供的阴极闭式空冷燃料电池测试***具有良好的市场应用前景。
Description
技术领域
本发明属于燃料电池技术领域，具体涉及一种阴极闭式空冷型燃料电池测试***。
背景技术
燃料电池是利用氢气氧气电化学反应生成水并将化学能直接转化为电能的能量转换装置。根据燃料电池冷却介质的类型分为液冷型燃料电池与空冷型燃料电池，相比于液冷型燃料电池，空冷型燃料电池结构紧凑、寄生功率低、成本低，适用与小功率、空间布置局限的应用场景。在空冷型燃料电池中，当冷却空气与阴极反应空气共用时称为开放式空冷型燃料电池，当冷却空气与阴极反应空气单独供给时称为阴极闭式空冷型燃料电池。
阴极闭式空冷型燃料电池较开放式空冷型燃料电池结构复杂，但是阴极闭式空冷型燃料电池的空气冷却腔室与空气反应腔室物理隔离，保证阴极反应腔室的清洁，同时降低冷却风扇的大风量需求造成的选型难度，解耦冷却空气与反应空气，避免空冷燃料电池内水热管理的强耦合，以及阴极闭式空冷型燃料电池可实现大功率空冷型电堆补齐空冷电堆小功率的短板，适用于高海拔、空气质量较差、湿度较低的场景。
在阴极闭式空冷型燃料电池研发、制造、***集成过程中，需对燃料电池整体设计、制造工艺、工况参数及控制策略进行充分的测试评估。在燃料电池测试过程中，燃料电池测试***控制氢气和空气的流量、湿度、温度、压力以及冷却空气的进出口温度及流速等工况参数，对燃料电池的性能输出进行定量测量。
经对现有技术文献检索发现，中国发明专利CN114937787A公开一种空冷型燃料电池测试***可以对开放式空冷型燃料电池进行测试，但是缺少气体湿度和液态水监测并且不具备干气测试和吹扫条件，上述空冷型燃料电池测试***仅针对开放式空冷燃料电池，尚不能兼顾阴极闭式空冷型燃料电池，且大多测试***不具备液态水的全流程闭环监测。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提出了一种阴极闭式空冷型燃料电池测试***。
本发明提出的阴极闭式空冷型燃料电池测试***，包含：
阴极闭式空冷型燃料电池电堆，用于对所述阴极闭式空冷型燃料电池电堆进行测试的测试工装，用于向所述阴极闭式空冷型燃料电池电堆供应氢气的氢气进气模块，用于对所述阴极闭式空冷型燃料电池电堆进行吹扫的氮气吹扫模块，用于向所述阴极闭式空冷型燃料电池电堆供应空气的空气进气模块，用于将所述阴极闭式空冷型燃料电池电堆尾气进行排放的尾排模块以及电子负载。
可选地，所述阴极闭式空冷型燃料电池电堆由若干单电池串联形成。
可选地，所述的测试工装包括冷却进堆温度计、冷却进堆风速仪、冷却风扇、冷却出堆温度计和风罩外壳；其中，风罩外壳进气面开有进气格栅并且外壳上预留有温度计、风速仪和风扇的安装固定孔。
可选地，所述的氢气进气模块包括氢气瓶、氢气第一压力表、氢气减压阀、氢气第二压力表、氢气止回阀、氢气第一电磁阀、氢气流量计、氢气第二电磁阀、氢气第三电磁阀、进氢管路第一加热带、氢气加热温度计、氢气加湿器、氢气加湿罐液位计、进氢管路第二加热带、氢气进堆口压力表、氢气进堆口温度计、氢气进堆口露点计。
可选地，所述的氮气吹扫模块包括氮气瓶、氮气第一压力表、氮气减压阀、氮气第二压力表、氮气止回阀、氮气第一电磁阀、氮气流量计、氮气第二电磁阀和氮气第三电磁阀。
可选地，所述的空气进气模块包括空气过滤器、空压机、中冷器、空气第一压力表、空气减压阀、空气第二压力表、空地第一止回阀、空气第一电磁阀、空气流量计、空气第二电磁阀、空气第三电磁阀、进空管路第一加热带、空气加热温度计、空气加湿器、空气加湿罐液位计、进空管路第二加热带、空气进堆口压力表、空气进堆口温度计以及空气进堆口露点计。
可选地，所述的尾排模块包含氢气尾排部分、空气尾排部分以及混排部分组成。
可选地，所述氢气尾排部分包括氢气背压阀、氢气出堆口压力表、氢气出堆口温度计、氢气出堆口露点计以及氢气间排电磁阀。
可选地，空气尾排部分包括空气背压阀、空气出堆口压力表、空气出堆口温度计、空气出堆口露点计以及空气第二止回阀。
可选地，混排部分包括气水分离器、溢流阀、水箱、液位计以及混合尾排阀。
与现有技术相比，本发明具有以下优点或有益效果：
(1)在阴极闭式空冷燃料电池测试***集成安装温度计、露点计、压力表、流量计等监测设备，对燃料电池的测试工况参数进行精准测量和控制，并利用燃料电池控制器与上位机对电堆测试***进行实时采集精准反馈控制；
(2)通过电磁阀桥接氢气进气模块、空气进气模块与氮气吹扫模块，使不同模块的部件与管路互用，实现氢气、空气反应气体与氮气吹扫气体的干湿切换，该测试***的测试条件范围更广；
(3)氢气进气模块加湿罐液位计、空气进气模块加湿罐液位计配合氢空的尾排模块气水分离器、溢流阀、水箱和液位计，可以对燃料电池整个测试过程中外部带入水量与电化学反应产生水量进行精准闭环监控，方便对燃料电池内部缺水或水淹状态的精确水管理；
(4)阴极闭式空冷燃料电池测试***，不但可以满足阴极闭式空冷燃料电池测试，同时可以测试开放式风冷燃料电池，该测试***兼顾的燃料电池类型范围更广；
(5)阴极闭式空冷燃料电池测试***的测试工装上集成温度、风速传感器，可以对燃料电池产热与换热进行监控计算，方便测试过程中对冷却风扇的反馈调节控制。
(6)将多类型采集量及多项控制量集合到上位机的一体化软件，测试人员可以利用上位机软件完成各种测试条件的操作和数据采集，集成度和可操作性显著提高。
附图说明
图1本发明所述阴极闭式空冷燃料电池测试***示意图；
图2本发明所述阴极闭式空冷燃料电池电堆及测试工装示意图；
图3本发明所述阴极闭式空冷燃料电池氢气进气模块示意图；
图4本发明所述阴极闭式空冷燃料电池氮气吹扫模块示意图；
图5本发明所述阴极闭式空冷燃料电池空气进气模块示意图；
图6本发明所述阴极闭式空冷燃料电池尾排模块；
图7本发明所述阴极闭式空冷燃料电池采集/控制结构图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”、“具有”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者终端设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者终端设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括……”或“包含……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者终端设备中还存在另外的要素。
需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比率，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明一实施例的目的。
本发明提供的一种阴极闭式空冷燃料电池测试***，可适用于开放式空冷燃料电池，也可适用于阴极闭式空冷型燃料电池测试。本发明提供的一种阴极闭式空冷燃料电池测试***包括阴极闭式空冷型燃料电池电堆(100)、测试工装(200)、氢气进气模块(300)、氮气吹扫模块(400)、空气进气模块(500)、尾排模块(600)和电子负载(700)，如图1所示。
在本发明实施例中，所述阴极闭式空冷型燃料电池电堆(100)主要由多个相同的单电池串联形成，且所述阴极闭式空冷型燃料电池电堆(100)的两端分别设置有阴阳极集流板和前后端板(图中未显示)。
在本发明实施例中，所述测试工装(200)进一步包括冷却进堆温度计(201)、冷却进堆风速仪(202)、冷却风扇(203)、冷却出堆温度计(204)和风罩外壳(205)；其中风罩外壳(205)进气面开有进气格栅并且外壳上预留有温度计、风速仪和风扇的安装固定孔，如图2所示。
在本发明实施例中，所述氢气进气模块(300)进一步包括氢气瓶(301)、氢气第一压力表(302)、氢气减压阀(303)、氢气第二压力表(304)、氢气止回阀(305)、氢气第一电磁阀(306)、氢气流量计(307)、氢气第二电磁阀(308)、氢气第三电磁阀(309)、进氢管路第一加热带(310)、氢气加热温度计(311)、氢气加湿器(312)、氢气加湿罐液位计(313)、进氢管路第二加热带(314)、氢气进堆口压力表(315)、氢气进堆口温度计(316)和氢气进堆口露点计(317)，如图3所示。
所述氢气进气模块(300)通过氢气第一压力表(302)监测氢气瓶(301)的氢气余量；所述氢气第二压力表(304)配合氢气减压阀(303)控制氢气进气模块的工作压力。所述氢气进气模块(300)通过进氢管路第一加热带(310)对氢气进行加湿前预热，并利用进氢管路第二加热带(314)对加湿的氢气进行保湿保温，防止在管路中凝结液态水。所述氢气进气模块(300)通过氢气进堆口压力表(315)，氢气进堆口温度计(316)，氢气进堆口露点计(317)对氢气进气的物性参数进行精确测量，保证测量的实时性与准确性。
在本发明实施例中，所述氮气吹扫模块(400)进一步包括氮气瓶(401)、氮气第一压力表(402)、氮气减压阀(403)、氮气第二压力表(404)、氮气止回阀(405)、氮气第一电磁阀(406)、氮气流量计(407)、氮气第二电磁阀(408)和氮气第三电磁阀(409)，如图4所示。
所述氮气吹扫模块(400)通过控制氮气第二电磁阀(408)和空气第二电磁阀(510)，可以实现空气与氮气的干湿气体切换。所述氮气吹扫模块(400)通过控制氮气第三电磁阀(409)和氢气第二电磁阀(308)，可以实现氢气与氮气的干湿气体切换。
在本发明实施例中，所述空气进气模块(500)进一步包括空气过滤器(501)、空压机(502)、中冷器(503)、空气第一压力表(504)、空气减压阀(505)、空气第二压力表(506)、空地第一止回阀(507)、空气第一电磁阀(508)、空气流量计(509)、空气第二电磁阀(510)、空气第三电磁阀(511)、进空管路第一加热带(512)、空气加热温度计(513)、空气加湿器(514)、空气加湿罐液位计(515)、进空管路第二加热带(516)、空气进堆口压力表(517)、空气进堆口温度计(518)以及空气进堆口露点计(519)，如图5所示。
其中，所述的空压机(502)与中冷器(503)在小功率风冷电堆测试时可以使用鼓风机替换使用，此处选用空压机(502)与中冷器(503)可以提供更大的空气流量与空气压缩能力，显著提升该测试***的测试能力。
在本发明实施例中，所述尾排模块(600)由氢气尾排部分、空气尾排部分及混排部分组成；其中，所述氢气尾排部分进一步包括氢气背压阀(601)、氢气出堆口压力表(602)、氢气出堆口温度计(603)、氢气出堆口露点计(604)和氢气间排电磁阀(605)；所述空气尾排部分进一步包括空气背压阀(606)、空气出堆口压力表(607)、空气出堆口温度计(608)、空气出堆口露点计(609)和空气第二止回阀(610)；所述混排部分进一步包括气水分离器(611)、溢流阀(612)、水箱(613)、液位计(614)和混合尾排阀(615)，如图6所示。
所述尾排模块(600)通过氢气背压阀(601)与空气背压阀(606)控制氢气与空气的反应压力，氢气间排电磁阀(605)可以实现氢气回路的恒压反应间歇排水，提高氢气的利用率。所述尾排模块(600)通过气水分离器(611)将尾排混合气中的液态水与气体分离，配合溢流阀(612)、水箱(613)、液位计(614)实现液态水的收集，然后监控计量整个测试过程中液态水的生成情况，并且氢空混合废气从混合尾排阀(615)排出。
所述的阴极闭式空冷燃料电池测试***内部压力表、温度计、露点计、液位计和电子负载的数据读数采集，电磁阀开闭、流量计开度、加湿器开关、加热器开关、加热带开关、空压机转速、冷却风扇开度、间排阀开闭周期与开放时长、电子负载拉载电流的状态控制，如图7所示。
本发明提供的一种阴极闭式空冷燃料电池测试***通过阴极闭式空冷燃料电池测试***支路集成电池阀，实现测试时氢气和空气的干湿切换并且吹扫时氮气的干湿切换；当阴极闭式空冷燃料电池测试***不启用空气进气模块时，该测试***同时可以兼顾开放式空冷燃料电池的测试；所述阴极闭式空冷燃料电池测试***通过在阴极闭式空冷燃料电池测试***集成气水分离器、氢气加湿罐和空气加湿罐液位计，对整个测试过程中电堆的水含量进行实时定量监控，以便对测试工况参数进行合理性优化。
尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。
Claims (10)
1.一种阴极闭式空冷型燃料电池测试***，其特征在于，包含：
阴极闭式空冷型燃料电池电堆，用于对所述阴极闭式空冷型燃料电池电堆进行测试的测试工装，用于向所述阴极闭式空冷型燃料电池电堆供应氢气的氢气进气模块，用于对所述阴极闭式空冷型燃料电池电堆进行吹扫的氮气吹扫模块，用于向所述阴极闭式空冷型燃料电池电堆供应空气的空气进气模块，用于将所述阴极闭式空冷型燃料电池电堆尾气进行排放的尾排模块以及电子负载。
2.如权利要求1所述阴极闭式空冷型燃料电池测试***，其特征在于，所述阴极闭式空冷型燃料电池电堆由若干单电池串联形成。
3.如权利要求1所述阴极闭式空冷型燃料电池测试***，其特征在于，所述的测试工装包括冷却进堆温度计、冷却进堆风速仪、冷却风扇、冷却出堆温度计和风罩外壳；其中，风罩外壳进气面开有进气格栅并且外壳上预留有温度计、风速仪和风扇的安装固定孔。
4.如权利要求1所述阴极闭式空冷型燃料电池测试***，其特征在于，所述的氢气进气模块包括氢气瓶、氢气第一压力表、氢气减压阀、氢气第二压力表、氢气止回阀、氢气第一电磁阀、氢气流量计、氢气第二电磁阀、氢气第三电磁阀、进氢管路第一加热带、氢气加热温度计、氢气加湿器、氢气加湿罐液位计、进氢管路第二加热带、氢气进堆口压力表、氢气进堆口温度计、氢气进堆口露点计。
5.如权利要求1所述阴极闭式空冷型燃料电池测试***，其特征在于，所述的氮气吹扫模块包括氮气瓶、氮气第一压力表、氮气减压阀、氮气第二压力表、氮气止回阀、氮气第一电磁阀、氮气流量计、氮气第二电磁阀和氮气第三电磁阀。
6.如权利要求1所述阴极闭式空冷型燃料电池测试***，其特征在于，所述的空气进气模块包括空气过滤器、空压机、中冷器、空气第一压力表、空气减压阀、空气第二压力表、空地第一止回阀、空气第一电磁阀、空气流量计、空气第二电磁阀、空气第三电磁阀、进空管路第一加热带、空气加热温度计、空气加湿器、空气加湿罐液位计、进空管路第二加热带、空气进堆口压力表、空气进堆口温度计以及空气进堆口露点计。
7.如权利要求1所述阴极闭式空冷型燃料电池测试***，其特征在于，所述的尾排模块包含氢气尾排部分、空气尾排部分以及混排部分组成。
8.如权利要求7所述阴极闭式空冷型燃料电池测试***，其特征在于，所述氢气尾排部分包括氢气背压阀、氢气出堆口压力表、氢气出堆口温度计、氢气出堆口露点计以及氢气间排电磁阀。
9.如权利要求7所述阴极闭式空冷型燃料电池测试***，其特征在于，空气尾排部分包括空气背压阀、空气出堆口压力表、空气出堆口温度计、空气出堆口露点计以及空气第二止回阀。
10.如权利要求7所述阴极闭式空冷型燃料电池测试***，其特征在于，混排部分包括气水分离器、溢流阀、水箱、液位计以及混合尾排阀。
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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