用于燃料电池评价系统中冷启动测试的装置的制作方法

1.本实用新型涉及燃料电池测试系统,更具体地说，它涉及用于燃料电池评价系统中冷启动测试的装置。


背景技术：

2.氢燃料电池作为一种绿色能源，是一种通过氢的氧化反应和氧的还原反应产生电能的发电设备，是一种零排放污染、高转换效率、低噪声的能量转换装置，其被广泛推广使用。对燃料电池备用电源性能的评价，特别是对电堆性能的评价大多集中在实验室中。
3.如检索到的一篇申请号为cn202210647149.3，专利名字为一种车用燃料电池系统健康状态评价方法、系统、电子设备和存储介质的中国专利文件，其应用燃料电池系统数据模型，充分考虑系统实际操作条件，计算基准电流下的燃料电池电堆与附件的性能与老化特性，并推算当前状态下的系统额定电功率、热功率特性，对燃料电池系统健康状态进行评价。
4.氢燃料电池当他应用在汽车动力方面时，会面临在极寒区域汽车须能正常运行的要求，这就要求氢燃料电池要在低温条件下能正常启动。为了测试燃料电池在低温条件下的输出特性和使用寿命等关键参数，就需要准确模拟燃料电池在低温状态下的运行情况，分析燃料电池从低温开始启动到达到自身合适运行温度范围内的输出特性。
5.这就要求测试系统中内循环水系统须能真实的模拟燃料电池的在极寒条件下的真实运行状态，因此对燃料电池测试系统提出了更高的技术要求：1如何达到电堆需要模拟的入堆低温温度；2如何实现测试系统内循环水温度实时跟随燃料电池实际运行的温度。


技术实现要素：

6.本实用新型的目的是提供用于燃料电池评价系统中冷启动测试的装置，实现模拟燃料电池的真实冷启动状况，还能够根据测试系统的需要，快速调节模拟入堆水温水压及水流量的目的。
7.本实用新型的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：
8.一种用于燃料电池评价系统中冷启动测试的装置，包括电堆，电堆的进水口和出水口连接有一级循环管体，包括容纳一级循环管体和电堆的温控环境舱，一级循环管体依次设有第一截止阀、一级水箱、一号泵和第二截止阀，一级循环管体设有入堆温度检测器、入堆压力检测器、出堆温度检测器和出堆压力检测器，入堆压力检测器和入堆温度检测器逐次临近电堆的进水口设置，出堆压力检测器和出堆温度检测器逐次临近电堆的出水口位置；一级循环管体上连通有二级循环管体，二级循环管体一端连通在出堆压力检测器和第一截止阀之间，二级循环管体的另一端连通在入堆压力检测器和第二截止阀之间；二级循环管体上依次设置有第三截止阀、换热器、二级水箱、二号泵、加热器、一号三通调节阀和第四截止阀；二级循环管体上连接有回路管，回路管一端连通在第三截止阀和换热器之间，回路管另一端连通在一号三通调节阀。
9.优选的，二级循环管体上安装有流量计。
10.优选的，二级水箱连通有增压气管，增压气管上设置有比例调节阀。
11.优选的，换热器包括连通的外进水管和外出水管，外进水管和外出水管之间设有连接管，连接管位于换热器外侧，且连接管和外出水管之间设有二号三通调节阀。
12.优选的，温控环境舱为保温舱室，保温舱室内设有制冷机。
13.优选的，二级水箱容量大于一级水箱容量，二级水箱位于一级水箱上方，二级水箱和一级水箱之间设有连通有补水管，补水管上安装有第五截止阀。
14.综上所述，本实用新型具有以下有益效果：
15.1、该系统可以弥补目前测试市场上无法模拟燃料电池冷启动时内循环水冷系统的真实状态的空白，为燃料电池在低温环境下的特性参数的采集及研发提供有利的数据支撑。
16.2、该测试系统能够有效的适应测试不同类型的工况要求，能够快速达到测试的工况条件要求，减少测试时间提高测试效率。
附图说明
17.图1是实施例1的结构示意图；
18.图2是实施例1中小循环水路示意图；
19.图3是实施例1中二级循环管体的示意图；
20.图4是实施例1中二级循环管体和回路管的连接关系示意图；
21.图5是实施例2中一级水箱和二级水箱的连接关系示意图。
22.图中：
23.1、温控环境舱；
24.2、电堆；21、入堆温度检测器；22、入堆压力检测器；23、出堆温度检测器；24、出堆压力检测器；
25.3、一级循环管体；
26.41、第一截止阀；42、一级水箱；43、一号泵；44、第二截止阀；
27.5、二级循环管体；
28.61、第三截止阀；62、换热器；63、二级水箱；64、二号泵；65、加热器；66、一号三通调节阀；67、流量计；68、第四截止阀；
29.7、回路管；
30.81、增压气管；82、比例调节阀；
31.91、外进水管；92、外出水管；93、连接管；94、二号三通调节阀；
32.11、制冷机；
33.101、补水管；102、第五截止阀。
具体实施方式
34.以下结合附图对本实用新型作进一步详细说明。
35.实施例1，一种用于燃料电池评价系统中冷启动测试的装置，参照图1-图4，包括电堆2，电堆2也就是燃料电池，电堆2的进水口和出水口连接有一级循环管体3，包括容纳一级
循环管体3和电堆2的温控环境舱1，温控环境舱1为保温舱室，保温舱室内设有制冷机11，保温舱减少舱内外气流的交流，制冷机11可以根据需要释放冷气。
36.电堆2的两端连接有一级循环管体3，一级循环管体3为保温管，一级循环管体3和电堆2构成一个小循环水路，电推和一级循环管体3均位于温控环境舱1内。
37.一级循环管体3依次设有第一截止阀41、一级水箱42、一号泵43和第二截止阀44，一级循环管体3设有入堆温度检测器21、入堆压力检测器22、出堆温度检测器23和出堆压力检测器24，入堆温度检测器21和入堆压力检测器22临近电堆2的进水口设置，入堆温度检测器21位于电堆2和入堆压力检测器22之间；出堆温度检测器23和出堆压力检测器24临近电堆2的出水口位置，出堆温度检测器23位于出堆压力检测器24和电堆2之间。
38.图2是小循环水路的流动路径，参照图1-图2，启动一号泵43，第一截止阀41和第二截止阀44打开，一级水箱42内的冷却液，通过第二截止阀44进入到电堆2，然后电堆2内流出后经过第一截止阀41回流到，形成一个小循环水路，小循环水路由于管路段，且都在温控环境舱1可以通过舱室内温度的下降，达到电堆2和小循环水路冷却液的快速同步降温。
39.小循环水路可以快速给到电堆2一个低温模拟环境，实现电堆2冷启动的模拟要求。
40.入堆温度检测器21和入堆压力检测器22用于检测冷却液进入电堆2的温度和水压。
41.堆温度检测器和出堆压力检测器24用于检测冷却液流出电堆2的温度和水压。
42.参照图1和图3，一级循环管体3上连通有二级循环管体5，二级循环管体5用于调整冷区液的温度和压力；二级循环管体5的两端均是和一级循环管体3连通的，具体的是二级循环管体5一端连通在电堆2和第一截止阀41之间，二级循环管体5的另一端连通在电堆2和第二截止阀44之间；
43.当第一截止阀41和第二截止阀44管关闭后，冷却经过二级循环管体5回流到电堆2，也就是二级循环管体5和电堆2形成大循环水路。
44.二级循环管体5上依次设置有第三截止阀61、换热器62、二级水箱63、二号泵64、加热器65、一号三通调节阀66、流量计67和第四截止阀68。
45.首先，在小循环水路开启时，第一截止阀41之间和第二截止阀44之间打开，第三截止阀61和第四截止阀68关闭。
46.首先，在大循环水路开启时，第一截止阀41之间和第二截止阀44之间关闭，第三截止阀61和第四截止阀68开启。
47.换热器62用于给到大循环水路中的冷却液降温，加热器65用于给到大循环水路中的冷却液升温，流量计67用于到大循环水路中的冷却液流量监控。
48.通过换热器62和加热器65可以控制大循环水路的冷却液温度。
49.图4中，二级循环管体5上连接有回路管7。参照图1和图4，回路管7一端连通在第三截止阀61和换热器62之间，回路管7另一端连通在一号三通调节阀66。
50.回路管7和二级循环管体5形成一个冷却液调节回路，因为第三截止阀61的关闭，一号三通调节阀66向流量计67的方向断流，使得一号三通调节阀66将二号泵64的冷却液流到回路管7中，此时换热器62和加热器65的调整，可以将二级循环管体5内的冷却液温度和压力进行提前设置，达到预定的模拟状态。
51.之后，一号三通调节阀66对回路管7节流，二级循环管体5和电堆2形成回流路线。
52.二级水箱63连通有增压气管81，增压气管81上设置有比例调节阀82，比例调节阀82控制增压气管81进入到二级水箱63内的气压，从而控制二级循环管体5内冷却液的水压。
53.图3中，换热器62包括连通外进水管91和外出水管92，外进水管91和外出水管92之间设有连接管93，连接管93位于换热器62外侧，且连接管93和外出水管92之间设有二号三通调节阀94。换热器62通过外接的冷水的流动给到冷却液降温。
54.外进水管91和外出水管92向换热器62内输送冷却水，三通调节阀控制冷却水的流向，二号三通调节阀94关闭和换热器62连通，外进水管91和外出水管92通过连接管93走水；
55.二号三通调节阀94关闭和连接管93连通，外进水管91和外出水管92通过换热器62走水。本设计中，截止阀、比例调节阀82和三通调节阀均是电磁控制阀。
56.控制调节逻辑：
57.1、先让环境舱温度设定到所需模拟的环境温度t’，当入堆温度、出堆温度降到所需的温度t’时，启动电堆2和小循环水路，开启一号水泵、第一截止阀41、第二截止阀44循环，实现对电堆2的冷气动模拟。
58.冷却液一直循环到入堆温度达到所需温度t，然后关闭小循环水路，切换到大循环水路。
59.2、当启动电堆2和小循环水路时，开启二号水泵、加热器65，冷却液从4-三通调节阀处完全从旁通路的回路辊走到换热器62，然后回到二级水箱63，通过换热器62和加热器65共同调节加热器65出口的温度，使其达到电堆2所需温度t。
60.该回路调节是为了小循环水路和大循环水路切换时，两者液体的温度在同一个温度t，使得两者冷却液可以完美融合。
61.3、小循环结束切换到大循环水路，关闭一号水泵、第一截止阀41、第二截止阀44，同时打开第三截止阀61、第四截止阀68，使其无缝衔接到大循环水路。此时入堆温度通过控制一号三通调节阀66调节。水流量通过调节二号水泵的变频器调节转速改变流量。冷却液入堆压力通过控制第五截止阀102调节进入1-水箱的气量来实现入堆压力的调节。
62.本设计是将燃料电池以及测试系统的内循环水小循环系统放置在低温环境舱中，使小循环系统的水温在环境舱的作用下，达到电堆2所需的低温入堆温度。此后内循环水小循环系统和电堆2同时启动，此时小循环系统的水温靠燃料电池散热加热上去，达到想要的温度后，切换大循环系统进行试验。因此该装置不仅可以模拟燃料电池的真实冷启动状况，还能够根据测试系统的需要，快速调节模拟入堆水温水压及水流量。
63.实施例2，一种用于燃料电池评价系统中冷启动测试的装置，其与实施例1的不同之处，参照图5，二级水箱63容量大于一级水箱42容量，二级水箱63位于一级水箱42上方，二级水箱63和一级水箱42之间设有连通有补水管101，补水管101上安装有第五截止阀102。
64.补水管101用于将二级水箱63内冷区液导入到一级水箱42内，便于冷却液的添加和更换。
65.以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，本实用新型的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本实用新型思路下的技术方案均属于本实用新型的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。

技术特征：
1.一种用于燃料电池评价系统中冷启动测试的装置，包括电堆(2)，电堆(2)的进水口和出水口连接有一级循环管体(3)，其特征是：包括容纳一级循环管体(3)和电堆(2)的温控环境舱(1)，一级循环管体(3)依次设有第一截止阀(41)、一级水箱(42)、一号泵(43)和第二截止阀(44)，一级循环管体(3)设有入堆温度检测器(21)、入堆压力检测器(22)、出堆温度检测器(23)和出堆压力检测器(24)，入堆压力检测器(22)和入堆温度检测器(21)逐次临近电堆(2)的进水口设置，出堆压力检测器(24)和出堆温度检测器(23)逐次临近电堆(2)的出水口位置；一级循环管体(3)上连通有二级循环管体(5)，二级循环管体(5)一端连通在入堆压力检测器(22)和第一截止阀(41)之间，二级循环管体(5)的另一端连通在出堆压力检测器(24)和第二截止阀(44)之间；二级循环管体(5)上依次设置有第三截止阀(61)、换热器(62)、二级水箱(63)、二号泵(64)、加热器(65)、一号三通调节阀(66)和第四截止阀(68)；二级循环管体(5)上连接有回路管(7)，回路管(7)一端连通在第三截止阀(61)和换热器(62)之间，回路管(7)另一端连通在一号三通调节阀(66)。2.根据权利要求1所述的用于燃料电池评价系统中冷启动测试的装置，其特征是：二级循环管体(5)上安装有流量计(67)。3.根据权利要求1所述的用于燃料电池评价系统中冷启动测试的装置，其特征是：二级水箱(63)连通有增压气管(81)，增压气管(81)上设置有比例调节阀(82)。4.根据权利要求1所述的用于燃料电池评价系统中冷启动测试的装置，其特征是：换热器(62)包括连通的外进水管(91)和外出水管(92)，外进水管(91)和外出水管(92)之间设有连接管(93)，连接管(93)位于换热器(62)外侧，且连接管(93)和外出水管(92)之间设有二号三通调节阀(94)。5.根据权利要求1所述的用于燃料电池评价系统中冷启动测试的装置，其特征是：温控环境舱(1)为保温舱室，保温舱室内设有制冷机(11)。6.根据权利要求1所述的用于燃料电池评价系统中冷启动测试的装置，其特征是：二级水箱(63)容量大于一级水箱(42)容量，二级水箱(63)位于一级水箱(42)上方，二级水箱(63)和一级水箱(42)之间设有连通有补水管(101)，补水管(101)上安装有第五截止阀(102)。

技术总结
本实用新型公开了一种用于燃料电池评价系统中冷启动测试的装置，其技术方案要点是包括电堆，电堆的进水口和出水口连接有一级循环管体，包括容纳一级循环管体和电堆的温控环境舱，一级循环管体依次设有第一截止阀、一级水箱、一号泵和第二截止阀，一级循环管体上连通有二级循环管体，二级循环管体一端连通在电堆和第一截止阀之间，二级循环管体的另一端连通在电堆和第二截止阀之间；二级循环管体上依次设置有第三截止阀、换热器、二级水箱、二号泵、加热器、一号三通调节阀和第四截止阀；二级循环管体上连接有回路管，实现模拟燃料电池的真实冷启动状况，还能够根据测试系统的需要，快速调节模拟入堆水温水压及水流量的目的。速调节模拟入堆水温水压及水流量的目的。速调节模拟入堆水温水压及水流量的目的。


技术研发人员：张青海 何圆圆 杨柳
受保护的技术使用者：拜特能测控技术（上海）有限公司
技术研发日：2023.04.19
技术公布日：2023/7/23