CN116779912A - 一种用于燃料电池测试台架模块化结构及其更换、测试方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于燃料电池生产线检测技术领域，公开了一种用于燃料电池测试台架模块化结构及其更换、测试方法。包括控制模块、阴极空气模块、阳极氢气模块、冷却模块，本技术的测试***拆分出控制、阳极氢气模块、阴极空气模块和循环冷却模块，其设计、装配、调试、运输、安装调试的难度比总装在一体的装置的相关难度大幅度降低，在一些环境中还可以为因分散而降低了楼板承重限制；控制***无需改变，因此操作人员的培训和适用工作简单化，提高运营管理的效率和可靠性。
Description
技术领域
本发明属于燃料电池生产线检测技术领域，具体涉及一种用于燃料电池测试台架模块化结构及其更换、测试方法。
背景技术
在燃料电池生产线上，对燃料电池的测试需要大量的同一型号测试设备，在电堆规格改变，例如额定功率改变较大时，可能需要更换整条生产线上的该型号设备，通常整套测试设备很昂贵，并且更换所需的人力、动力也很多。因此需要考虑降低相关设备更换量，以加快生产的衔接、降低成本。
一般而言，依据具体电堆设计和检测要求的不同，燃料电池的阴极空气流量是阳极氢气低流量的4～10倍，例如检测50kw的燃料电池的测试台的阴极模块可能适合于100kw或200kw的燃料电池的测试台的阳极氢气增湿，目前对于不同功率电堆需要使用不同的燃料电池测试台，尚缺少一种拆解式、部分更换测试台的方法。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明提供一种用于燃料电池测试台架模块化结构及其更换、测试方法，将低功率测试***的阴极气体模块可以用于高功率测试***的阳极气体模块，或同样道理地将高功率测试***的阳极气体模块用于低功率测试***的阴极气体模块，通过这种建立不同测试功率变化中的模块复用的匹配方法以实现单体测试台的各模块关联设计，在单套设计中指明各个模块之间匹配的关键设计，并提供用于适应不同接口方位和待观测方向特征的测试台组成单元的结构设计基础，以及将相关功能模块组织在一起用于不同用途的测试***。
本发明的上述目的是通过以下技术方案实现的：一种用于燃料电池测试台架模块化结构，包括控制模块、阴极空气模块、阳极氢气模块、冷却模块，其中阴极空气模块含有阴极空气模块电控箱，阳极氢气模块含有阳极氢气模块电控箱，冷却模块含有冷却模块电控箱，控制模块、阴极空气模块电控箱、阳极氢气模块电控箱、冷却模块电控箱通过通讯电缆连接，控制模块与被测电堆通过通讯电缆连接，阴极空气模块、阳极氢气模块、冷却模块分别通过阴极流体进出管道组、阳极流体进出管道组、冷却流体进出管道组与被测电堆连接。
进一步的，所述阴极空气模块内包括阴极空气模块电控箱、流体参数检测器、液位计、电气控制阀、加热器、增湿器、水泵、风扇、水箱。
进一步的，所述阳极氢气模块内包括阳极氢气模块电控箱、流体参数检测器、液位计、电气控制阀、加热器、增湿器、水泵、风扇、水箱。
进一步的，所述冷却模块内包括换热器、冷却模块电控箱、流体参数检测器、液位计、电气控制阀、水泵、风扇、水箱。
进一步的，所述阴极空气模块、阳极氢气模块、冷却模块内设有转换结构，转换结构由模块内接头组、135°弯头组、模块外接头组b、模块脚部框架立柱、模块外接头组a组成，流体进出管道组依次连接转换结构中的模块内接头组、135°弯头组、模块外接头组b。
进一步的，所述阳极氢气模块、阴极空气模块、冷却模块箱体平开门宽度为0.5-0.8m。
进一步的，所述阴极空气模块和阳极氢气模块、阳极氢气模块和冷却模块间距为0.6-1.5m。
本发明的进一步优选，所述阴极空气模块和阳极氢气模块、阳极氢气模块和冷却模块间距为0.7-1.0m。
本发明的另一目的是保护上述用于燃料电池测试台架模块化结构的更换方法，具体为：当被测电堆额定功率增加1-6倍时，控制模块留用，原阴极空气模块改为阳极氢气模块，增加新阴极空气模块，更换新冷却模块，原阴极空气模块内空气流量检测控制器改为氢气流量检测控制器；当被测电堆额定功率减少至1/6-1/2倍时，控制模块留用，原阳极氢气模块改为阴极空气模块，增加新阳极氢气模块，更换新冷却模块，原阳极氢气模块内氢气流量检测控制器改为空气流量检测控制器。
进一步的，所述用于燃料电池测试台架模块化结构的更换方法，具体为：当被测电堆额定功率增加1-3倍时，控制模块留用，原阴极空气模块改为阳极氢气模块，增加新阴极空气模块，更换新冷却模块，原阴极空气模块内空气流量检测控制器改为氢气流量检测控制器；当被测电堆额定功率减少至1/3-1/2倍时，控制模块留用，原阳极氢气模块改为阴极空气模块，增加新阳极氢气模块，更换新冷却模块，原阳极氢气模块内氢气流量检测控制器改为空气流量检测控制器。
本发明的又一目的是保护上述用于燃料电池测试台架模块化结构的测试方法，具体为：将被测电堆安装，控制模块通过通讯电缆d向阴极空气模块电控箱发送指令从而控制阴极空气模块中的设备及控制阴极流体进出管道组与被测电堆进行流体交换，然后将阴极空气模块中各流体参数检测传感器获得的数据传回控制模块；通讯电缆b连接阴极空气模块电控箱和阳极氢气模块电控箱，控制模块通过通讯电缆d、通讯电缆b向阳极氢气模块电控箱发送指令从而控制阳极氢气模块中的设备及控制阳极流体进出管道组与被测电堆进行流体交换，然后将阳极氢气模块中各流体参数检测传感器获得的数据传回控制模块；通讯电缆a连接阳极氢气模块电控箱和冷却模块电控箱，控制模块通过通讯电缆d、通讯电缆b、通讯电缆a向冷却模块电控箱发送指令从而控制冷却模块中的设备及控制冷却流体进出管道组与被测电堆进行流体交换，然后将冷却模块中各流体参数检测传感器获得的数据传回控制模块。
本发明与现有技术相比的有益效果是：
1)对于一般的生产，待测电堆功率是逐渐增加的，因此部分替代模块来解决多功率规格测试***的建设，简单有效，节省设备总量；
2)本技术的测试***拆分出控制、阳极氢气模块、阴极空气模块和循环冷却模块，其设计、装配、调试、运输、安装调试的难度比总装在一体的装置的相关难度大幅度降低，在一些环境中还可以为因分散而降低了楼板承重限制；
3)控制***无需改变，因此操作人员的培训和适用工作简单化，提高运营管理的效率和可靠性；
4)对于相同功率的发动机检测，可以直接选用电堆检测***的控制***和冷却***两种模块，组成和管理简单，便于执行标准化、减少配件规格、有利于维修技术总结、减少实验验证型号；
5)能够根据不同的电堆具体接口灵活改变模块布局，有利于降低连接难度、提高连接速度、便于观察、使用方便、测试效率提高。
附图说明
下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步说明
图1是本发明用于燃料电池测试台架模块化结构示意图；
图2是本发明用于燃料电池测试台架模块化结构改变接管方向的相互位置示意图；
图3是本发明连接转向方法局部结构示意图；
图4是本发明用于燃料电池测试台架模块化结构改变控制模块位置的示意图；
图5是本发明用于燃料电池测试台架模块化结构测试台计量被测发动机***氢气流量的连接结构示意图；
图6是本发明用于燃料电池测试台架模块化结构改变相对位置示意图a；
图7是本发明用于燃料电池测试台架模块化结构改变相对位置示意图b；
图8是本发明用于燃料电池测试台架模块化结构改变相对位置示意图c。
图中：1.控制模块；2.阴极空气模块电控箱；3.阴极空气模块；4.阳极氢气模块电控箱；5.阳极氢气模块；6.冷却液模块电控箱；7.冷却模块；8.冷却流体进出管道组；9.阳极流体进出管道组；10.阴极流体进出管道组；11.被测电堆；12.通讯电缆a；13.通讯电缆b；14.通讯电缆c；15.通讯电缆d；16.流体管道组；17.模块内接头组；18.模块壁板A；19.135°弯头组；20.模块外接头组b；21.模块角部框架立柱；22.模块外接头组a；23.模块壁板B；24.加大功率的阴极模块；25.加大功率的冷却模块；26.额定功率增加的被测电堆；27.侧向引出阳极流体进出管道组；28.侧向引出阴极流体进出管道组；29.燃料电池发动机***。
具体实施方式
下面通过具体实施例详述本发明，但不限制本发明的保护范围。如无特殊说明，本发明所采用的实验方法均为常规方法，所用实验器材、材料、试剂等均可从商业途径获得。
实施例1
参见图1，本图用于说明本发明的基本构成。
测试***由控制模块1、阴极空气模块3、阳极氢气模块5、冷却模块7组成，此外还有未予图示的电子负载。其中的冷却模块7具有换热器，通过该换热器将电堆热量带到外源散热器移除热量。
模块之间设计间距0.8m，模块箱体的每只平开门宽度为0.6m。
阴极空气模块3具有阴极空气模块电控箱2，具有流体温度、压力、湿度、流量检测器、液位计，具有对流体流量、流向、通断的电气控制阀，具有加热器、增湿器、水泵、风扇、水箱、以及连接各部件的管道、管件等元器件，控制模块1通过连接阴极空气模块电控箱2的通讯电缆d15连接阴极空气模块电控箱2，阴极空气模块电控箱2根据控制模块1的指令控制阴极空气模块3中的设备，并将阴极空气模块3中检测传感器获得的数据传送回控制***1；阴极空气模块3具有背离被测电堆11的连接车间送来的压缩空气管道，具有向被测电堆11输送和返回阴极空气的阴极流体进出管道组10；阴极空气模块3还具有可燃气浓度检测器，该检测器在阴极空气模块3作为本发明的对更大的电堆检测进行组合的阳极氢气模块5时使用。
阳极氢气模块5具有阳极氢气模块电控箱4，具有流体温度、压力、湿度、流量检测器、液位计，具有对流体流量、流向、通断的电气控制阀，具有加热器、增湿器、水泵、风扇、水箱、以及连接各部件的管道、管件等元器件，控制模块01通过连接阳极氢气模块电控箱的通讯电缆13连接阳极氢气模块电控箱04，阳极氢气模块电控箱04根据控制模块01的指令控制阳极氢气模块05中的设备，并将阳极氢气模块05中检测传感器获得的数据传送回控制***01；阳极氢气模块05具有背离被测电堆11的连接车间送来的压缩氢气管道，具有向被测电堆11输送和返回阳极氢气的阳极供气进出管道组09；还具有可燃气浓度检测器。
冷却模块07具有冷却液模块电控箱06，具有流体温度、压力、流量检测器、液位计，具有对流体流量、流向、通断的电气控制阀，具有换热器、水泵、风扇、水箱、以及连接各部件的管道、管件等元器件，控制模块01通过连接连接冷却模块电控箱的通讯电缆12连接冷却液模块电控箱06，冷却液模块电控箱06根据控制模块01的指令控制冷却模块07中的设备，并将冷却模块07中检测传感器获得的数据传送回控制***01；冷却模块07具有背离被测电堆11的连接车间冷水公用管道的冷却水管道组，具有向被测电堆11输送和返回冷却液进出管道组08。
控制模块01通过连接电堆的通讯电缆14连接被测电堆11，获得被测电堆11所具有的检测器数据和/或电堆自身具有的控制器传输的数据。
冷却循环水装置需要的人工观察频率远小于阴极空气单元和阳极氢气单元，所以将该单元设置于整体最偏离控制单元的位置。
实施例2
参见图2和图3。
相对于实施例1，本例用于额定功率增加的被测电堆26，该电堆检测所需的阴极空气超过实施例1的阴极空气模块3的处理能力，但是阴极空气模块3的处理能力可以满足被测电堆26的阳极氢气处理。
测试***由原控制模块1、新增的用于电堆加大功率的阴极空气模块24、用于电堆加大功率的冷却模块25、从原相对电低功率测试***转来的用于电堆加大功率的阴极空气模块3组成。
阴极空气模块3的原空气流量计更换成氢气流量计，其余不变。
由于处理的功率增加，空气流量相应增加，新增的用于电堆加大功率的阴极空气模块24长度超过原阴极空气模块3，使用侧向引出阴极流体进出管道组28。
侧向引出阴极流体进出管道组28具有图3所示局部特征的解决方案，原面向电堆一侧的接出的阴极流体进出管道组10方向切换成其相对侧向的管道。在加大功率的阴极空气模块24内部，具有向该模块角部框架立柱21的模块向外的流体管道组16，通过模块向外的流体管道组16的模块内接头组17，连接135°弯头组19，该135°弯头组19具有两种连接角度，一种是面向模块壁板A18，穿过模块壁板A18，接出模块外接头组a22，一种是面向模块壁板B23，穿过模块壁板B23，接出模块外接头组b20。这一方式可以简便地理顺连接方向，降低管道弯转形成的刚性力，可以方便地适应连接方向的变化，特别是在连续化生产中可以减少所需的工作操作时间和降低弯折对管道和减少管道如有加热器时的经常性弯折发生的损伤。
实施例3
参见图4。控制模块1本身可以是常规桌面计算机或移动电脑，工控机等上位机，控制***本身不具有功率模块，体积很小，便于放置在操作者需要的地点。
相对于实施例2，控制模块放置在加大功率的阴极空气模块24的短端，改变观测角度、方向和操作距离。
实施例4
参见图5。
用于室外检测的使用环境，测量燃料电池发动机***性能，检测***由控制模块1、阳极氢气模块5、冷却模块7和电子负载组成，电子负载未予图示。该方式可以方便地组成和移动，其中，冷却模块7采用直接的风冷。其中测试***置于被测电堆或发动机***的检测器不影响模块布局，未与图示。
燃料电池发动机***29自身具有阴极空气供应***、具有阳极氢气流量和压力的自行控制***，测试***使用阴极氢气模块5测量氢气流量，通过连接电堆的通讯电缆c14获得被测燃料电池发动机***29输出的运行数据，并控制风冷式的冷却模块7的对燃料电池发动机***29提供的冷却液进出电堆温度差在被测发动机***的要求范围内。
实施例5
参见图6至图8。
用于室外检测的使用环境，测量燃料电池发动机***性能，检测***由控制模块1、冷却模块7和电子负载组成，电子负载未予图示。该方式可以方便地组成和移动，其中，冷却模块7采用直接的风冷。
燃料电池发动机***29自身具有阴极空气供应***、具有阳极氢气流量和压力控制***，测试***通过连接电堆的通讯电缆14获得被测燃料电池发动机***29输出的运行数据，并控制风冷式的冷却模块7的对燃料电池发动机***29提供的冷却液进出电堆温度差在被测燃料电池发动机***29的要求范围内。
以上所述实施方式仅为本发明的优选实施例，而并非本发明可行实施的全部实施例。对于本领域一般技术人员而言，在不背离本发明原理和精神的前提下对其所作出的任何显而易见的改动，都应当被认为包含在本发明的权利要求保护范围之内。
Claims (10)
1.一种用于燃料电池测试台架模块化结构，其特征在于，包括控制模块(1)、阴极空气模块(3)、阳极氢气模块(5)、冷却模块(7)，其中阴极空气模块(3)含有阴极空气模块电控箱(2)，阳极氢气模块(5)含有阳极氢气模块电控箱(4)，冷却模块(7)含有冷却模块电控箱(6)，控制模块(1)、阴极空气模块电控箱(2)、阳极氢气模块电控箱(4)、冷却模块电控箱(6)通过通讯电缆连接，控制模块(1)与被测电堆(11)通过通讯电缆连接，阴极空气模块(3)、阳极氢气模块(5)、冷却模块(7)分别通过阴极流体进出管道组(10)、阳极流体进出管道组(9)、冷却流体进出管道组(8)与被测电堆(11)连接。
2.根据权利要求1所述的用于燃料电池测试台架模块化结构，其特征在于，所述阴极空气模块(3)内包括阴极空气模块电控箱(2)、流体参数检测器、液位计、电气控制阀、加热器、增湿器、水泵、风扇、水箱。
3.根据权利要求1所述的用于燃料电池测试台架模块化结构，其特征在于，所述阳极氢气模块(5)内包括阳极氢气模块电控箱(4)、流体参数检测器、液位计、电气控制阀、加热器、增湿器、水泵、风扇、水箱。
4.根据权利要求1所述的用于燃料电池测试台架模块化结构，其特征在于，所述冷却模块(7)内包括换热器、冷却模块电控箱(6)、流体参数检测器、液位计、电气控制阀、水泵、风扇、水箱。
5.根据权利要求1所述的用于燃料电池测试台架模块化结构，其特征在于，所述阴极空气模块(3)、阳极氢气模块(5)、冷却模块(7)内设有转换结构，转换结构由模块内接头组(17)、135°弯头组(19)、模块外接头组b(20)、模块角部框架立柱(21)、模块外接头组a(22)组成，流体进出管道组依次连接转换结构中的模块内接头组(17)、135°弯头组(19)、模块外接头组b(20)。
6.根据权利要求1所述的用于燃料电池测试台架模块化结构，其特征在于，所述阳极氢气模块(5)、阴极空气模块(3)、冷却模块(7)箱体平开门宽度为0.5-0.8m。
7.根据权利要求1所述的用于燃料电池测试台架模块化结构，其特征在于，所述阴极空气模块(3)和阳极氢气模块(5)、阳极氢气模块(5)和冷却模块(7)间距为0.6-1.5m。
8.根据权利要求7所述的用于燃料电池测试台架模块化结构，其特征在于，所述阴极空气模块(3)和阳极氢气模块(5)、阳极氢气模块(5)和冷却模块(7)间距为0.7-1.0m。
9.如权利要求1所述的用于燃料电池测试台架模块化结构的更换方法，其特征在于，具体为：当被测电堆(11)额定功率增加1-6倍时，控制模块(1)留用，原阴极空气模块(3)改为阳极氢气模块(5)，增加新阴极空气模块(3)，更换新冷却模块(7)，原阴极空气模块(3)内空气流量检测控制器改为氢气流量检测控制器；当被测电堆(11)额定功率减少至1/6-1/2倍时，控制模块(1)留用，原阳极氢气模块(5)改为阴极空气模块(3)，增加新阳极氢气模块(5)，更换新冷却模块(7)，原阳极氢气模块(5)内氢气流量检测控制器改为空气流量检测控制器。
10.如权利要求1所述的用于燃料电池测试台架模块化结构的测试方法，其特征在于，具体为：将被测电堆(11)安装，控制模块(1)通过通讯电缆d(15)向阴极空气模块电控箱(2)发送指令从而控制阴极空气模块(3)中的设备及控制阴极流体进出管道组(10)与被测电堆(11)进行流体交换，然后将阴极空气模块(3)中各流体参数检测传感器获得的数据传回控制模块(1)；通讯电缆b(13)连接阴极空气模块电控箱(2)和阳极氢气模块电控箱(4)，控制模块(1)通过通讯电缆d(15)、通讯电缆b(13)向阳极氢气模块电控箱(4)发送指令从而控制阳极氢气模块(5)中的设备及控制阳极流体进出管道组(9)与被测电堆(11)进行流体交换，然后将阳极氢气模块(5)中各流体参数检测传感器获得的数据传回控制模块(1)；通讯电缆a(12)连接阳极氢气模块电控箱(4)和冷却模块电控箱(6)，控制模块(1)通过通讯电缆d(15)、通讯电缆b(13)、通讯电缆a(12)向冷却模块电控箱(6)发送指令从而控制冷却模块(7)中的设备及控制冷却流体进出管道组(8)与被测电堆(11)进行流体交换，然后将冷却模块(7)中各流体参数检测传感器获得的数据传回控制模块(1)。
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