一種氫燃料電池發動機用供氫組件測試裝置及測試方法與流程
2023-08-05 13:35:28
1.本發明屬於氫燃料電池測試領域，尤其是涉及一種氫燃料電池發動機用供氫組件測試裝置及測試方法。
背景技術：
2.燃料電池系統運行過程中，陰極側產生的水會一直反滲透到陽極側，陽極側的水管理對燃料電池的性能起著至關重要的作用。供氫組件作為燃料電池供氫系統的核心部件，其作用是提供一定壓力和流量的氫氣，滿足電堆的使用需求，同時將電堆出口的過飽和氫氣循環輸送至電堆入口為電堆入口的乾燥氫氣進行加溼，具有成本低、無寄生功率的特點。供氫組件的應用實現了電堆內部的壓力平衡和氫氣的循環利用，有利於水平衡管理，提高氫氣利用率。
3.供氫組件在燃料電池系統實際應用中，隨著電堆工況的變化，供氫組件的出口壓力、氫氣流量及介質的相對溼度會發生變化，單純的進行供氫組件入口流量及回氫口流量的工作特性測試，不能夠真實地反映供氫組件在發動機系統上工作性能。企業在進行供氫組件的選型匹配時，往往需要在實際的燃料電池系統上進行反覆的驗證測試，增加了研發測試的風險和研發周期。因此，開發能夠貼近供氫組件真實工作環境的匹配測試裝置及測試方法研究，對於供氫組件的推廣和應用具有重大的意義。
技術實現要素：
4.有鑑於此，本發明旨在提出一種氫燃料電池發動機用供氫組件測試裝置及測試方法，通過模擬供氫組件在發動機中真實的工作環境，安全可靠地進行供氫組件工作特性測試和調節性能測試。
5.為達到上述目的，本發明的技術方案是這樣實現的：
6.一種氫燃料電池發動機用供氫組件測試裝置，包括主路供氣單元、電堆模擬單元、氣體模擬消耗單元、氫氣循環單元、氣體排放單元、控制裝置及供電裝置；
7.所述主路供氣單元的出氣端與被測對象供氫組件的主路進氣端連接，用於為供氫組件主路提供滿足其入口壓力需求的氫氣；
8.所述電堆模擬單元的進氣端與所述被測對象供氫組件的排氣端連接，所述電堆模擬單元的出口a與所述氣體模擬消耗單元的入口連接，所述電堆模擬單元的出口b與所述氫氣循環單元的入口連接，用於模擬電堆的容積和流阻；
9.所述氣體模擬消耗單元的入口與所述電堆模擬單元的出口b相連接，用於模擬電堆實際運行過程所消耗的氫氣；
10.所述氫氣循環單元的出口與所述被測對象供氫組件的回氫端連接，所述氫氣循環單元的入口與所述電堆模擬單元出口b連接，所述氫氣循環單元用於流通被所述被測對象供氫組件引射回的氫氣，並通過增溼裝置對循環氫氣進行增溼；
11.所述氣體排放單元與電堆模擬單元出口b連接，用於模擬脈衝排放過程中對系統
產生的壓力擾動；
12.所述控制裝置和供電裝置與主路供氣單元、電堆模擬單元、氣體模擬消耗單元、氫氣循環單元、氣體排放單元通過線束連接。
13.進一步的，所述主路供氣單元包括順次連接的主路電磁閥、壓力控制器、流量計、壓力傳感器、溫度傳感器；
14.所述主路電磁閥的進口端通過管路與氫氣源連接，所述流量計通過管路與所述被測對象供氫組件的主路進氣端連接。
15.進一步的，所述電堆模擬單元包括順次連接的壓力傳感器、溫度傳感器、電堆容積模擬器、節流閥、壓力傳感器和溫度傳感器；
16.所述電堆模擬單元的進口端與被測對象供氫組件的排氣口連接，所述電堆模擬單元的出口a與所述氣體模擬消耗單元連接，所述電堆模擬單元的出口b與所述氣體排放單元的入口端相連接。
17.進一步的，所述氣體模擬消耗單元包括順次連接的質量流量控制器、電磁閥、阻火閥；
18.所述質量流量控制器的入口與所述電堆模擬單元出口a連接。
19.進一步的，所述氫氣循環單元包括順次連接的流量計、增溼裝置；
20.所述流量計的入口通過管路與所述電堆模擬單元的出口b連接，所述加溼裝置通過管路與所述被測對象供氫組件的回氫路進氣端連接。
21.進一步的，所述氣體排放單元包括順次連接的尾排電磁閥、阻火閥；
22.所述尾排電磁閥的入口與所述電堆模擬單元的出口b連接。
23.進一步的，所述控制裝置與所述主路供氣單元、所述電堆模擬單元、所述氣體模擬消耗單元、所述氫氣循環單元、所述氣體排放單元連接。
24.進一步的，所述供電裝置為所述控制裝置與所述主路供氣單元、所述電堆模擬單元、所述氣體模擬消耗單元、所述氫氣循環單元、所述氣體排放單元供電。
25.進一步的，本方案公開了一種氫燃料電池發動機用供氫組件測試方法，包括以下步驟：
26.根據被測對象供氫組件的應用對象，確定供氫組件的入口壓力以及供氫組件出口的壓力範圍和氣體模擬消耗單元的流量消耗範圍，選取測試工況點；
27.通過控制裝置打開主路供氣單元主電磁閥，根據供氫組件的入口壓力設定壓力控制器出口壓力值；
28.根據測試工況點調節電堆模擬單元中節流閥的開度設定電堆的流阻，根據工況點設定氣體模擬消耗單元中質量流量控制器的流量消耗，調節氫氣循環單元增溼裝置，設定氫氣相對溼度值；
29.當測試工況穩定後，記錄氫氣循環單元流量計與氫氣供應單元流量計的比值；
30.開啟氣體排放單元尾排電磁閥，產生壓力擾動，測試供氫組件出口壓力的波動範圍和響應時間，進而進行供氫組件的調節特性測試。
31.進一步的，本方案公開了一種計算機可讀取存儲介質，存儲有電腦程式，所述電腦程式被處理器執行時實現一種氫燃料電池發動機用供氫組件測試方法。
32.相對於現有技術，本發明所述的一種氫燃料電池發動機用供氫組件測試裝置及測
試方法具有以下有益效果：
33.(1)本發明所述的一種氫燃料電池發動機用供氫組件測試裝置及測試方法，對複雜的燃料電池發動機氫氣供應系統進行了簡化，可以模擬供氫組件在燃料電池發動機系統中的真實工作環境。通過電堆模擬單元模擬運行過程中電堆的流阻；通過增溼裝置可以模擬經電堆後氫氣相對溼度變化，測試供氫組件的回氫路的介質為氣液二相時對供氫組件引射性能的影響；通過改變氣體模擬消耗單元的流量消耗，可以模擬供氫組件跟隨電堆變載工況變化的能力；
34.(2)本發明所述的一種氫燃料電池發動機用供氫組件測試裝置及測試方法，能夠快速安全可靠地完成供氫組件基本工作特性的測試，通過氣體模擬消耗單元和氣體排放單元的配合可以進行供氫組件的壓力調節特性測試，降低系統研發風險和研發成本。
附圖說明
35.構成本發明的一部分的附圖用來提供對本發明的進一步理解，本發明的示意性實施例及其說明用於解釋本發明，並不構成對本發明的不當限定。在附圖中：
36.圖1為本發明實施例所述的一種氫燃料電池發動機用供氫組件測試裝置示意圖。
37.附圖標記說明：
38.1-主路供氣單元；11-主路電磁閥；12-壓力控制器；13-流量計；14-壓力傳感器；15-溫度傳感器；2-電堆模擬單元；21-壓力傳感器；22-溫度傳感器；23-電堆容積模擬器；24-節流閥；25-壓力傳感器；26-溫度傳感器；3-氣體模擬消耗單元；31-質量流量控制器；32-電磁閥；33-阻火閥；4-氫氣循環單元；41-流量計；42-增溼裝置；5-氣體排放單元；51-尾排電磁閥；52-阻火閥；6-控制裝置；7-供電裝置；8-供氫組件。
具體實施方式
39.需要說明的是，在不衝突的情況下，本發明中的實施例及實施例中的特徵可以相互組合。
40.下面將參考附圖並結合實施例來詳細說明本發明。
41.一種氫燃料電池發動機用供氫組件測試裝置，包括主路供氣單元1、電堆模擬單元2、氣體模擬消耗單元3、氫氣循環單元4、氣體排放單元5、控制裝置6及供電裝置7；
42.其中，主路供氣單元1包括順次連接的主路電磁閥11、壓力控制器12、流量計13、壓力傳感器14、溫度傳感器15。主路電磁閥11的進口端通過管路與氫氣源連接，流量計13通過管路與被測對象供氫組件8的主路進氣端連接。主路電磁閥11用於控制主路供氣單元的氣路通斷，並在危急時刻切斷主路氣源，壓力控制器12用於主路供氣單元1出口壓力，流量計13用於測量主路供氣單元1流通氫氣的流量，壓力傳感器14和溫度傳感器傳感器15用於測量主路供氣的壓力和溫度。
43.其中，電堆模擬單元2包括順次連接的壓力傳感器21、溫度傳感器22、電堆容積模擬器23、節流閥24、壓力傳感器25和溫度傳感器26。電堆模擬單元2的進口端與被測對象供氫組件8的排氣口連接，電堆模擬單元2的出口a與氣體模擬消耗單元3連接，電堆模擬單元2的出口b與氣體排放單元3的入口端相連接。壓力傳感器21和溫度傳感器22傳感器用於測量供氫組件8排氣口的壓力和溫度。電堆容積模擬器23用於模擬電堆的容積，緩衝壓力波動對
測試結果的影響。節流閥24用於調節氫氣循環迴路的通徑，進而模擬電堆的壓損。壓力傳感器25和溫度傳感器26用於監測流經節流閥後氣體的壓力和溫度。
44.其中，氣體模擬消耗單元3包括順次連接的質量流量控制器31、電磁閥32、阻火閥33。所述質量流量控制器31的入口與所述電堆模擬單元2出口a連接。質量流量控制器31用於空氣氣體排放量，進而模擬電堆氫氣消耗。電磁閥32用於切斷氣體模擬消耗單元通路。阻火閥33用於防止氣體模擬消耗單元的排氣口起火後，火焰發生回流
45.其中，氫氣循環單元4包括順次連接的流量計41、增溼裝置42。所述流量計的入口通過管路與所述電堆模擬單元的出口b連接，所述加溼裝置通過管路與所述被測對象供氫組件的回氫路進氣端連接。
46.流量計41用於測量氫氣循環單元流通的氫氣流量，增溼裝置42用於對回氫路氫氣進行加溼。
47.其中，氣體排放單元5包括順次連接的尾排電磁閥51、阻火閥52。所述尾排電磁閥51的入口與所述電堆模擬單元2的出口b連接。
48.尾排電磁閥51用於脈衝排放產生壓力擾動，測試供氫組件8的壓力調節特性。阻火閥52用於防止氣體排放單元的排氣口起火後，火焰發生回流。
49.控制裝置6用於為測試裝置的電氣元件控制和溫度、壓力、流量採集。供電裝置7為測試裝置電氣元件進行供電。
50.採用如圖1所示的氫燃料電池發動機用供氫組件測試裝置的測試方法，可實現供氫組件工作特性及調節特性的測試，包括如下步驟：
51.(1)根據被測對象供氫組件8的應用對象，確定供氫組件8的入口壓力以及供氫組件8出口的壓力範圍和氣體模擬消耗單元的流量消耗範圍，選取測試工況點；
52.(2)通過控制裝置6打開主路供氣單元主電磁閥11，根據供氫組件8的入口壓力設定壓力控制器12出口壓力值。
53.(3)根據測試工況點調節電堆模擬單元2中節流閥24的開度設定電堆的流阻，根據工況點設定氣體模擬消耗單元3中質量流量控制器31的流量消耗。調節氫氣循環單元4增溼裝置42，設定氫氣相對溼度值。
54.(4)當測試工況穩定後，記錄氫氣循環單元4流量計41與氫氣供應單元1流量計13的比值。
55.(5)開啟氣體排放單元5尾排電磁閥51，產生壓力擾動，測試供氫組件8出口壓力的波動範圍和響應時間，進而進行供氫組件8的壓力調節特性測試。
56.本領域普通技術人員可以意識到，結合本文中所公開的實施例描述的各示例的單元及方法步驟，能夠以電子硬體、計算機軟體或者二者的結合來實現，為了清楚地說明硬體和軟體的可互換性，在上述說明中已經按照功能一般性地描述了各示例的組成及步驟。這些功能究竟以硬體還是軟體方式來執行，取決於技術方案的特定應用和設計約束條件。專業技術人員可以對每個特定的應用來使用不同方法來實現所描述的功能，但是這種實現不應認為超出本發明的範圍。
57.在本技術所提供的幾個實施例中，應該理解到，所揭露的方法和系統，可以通過其它的方式實現。例如，以上所述單元的劃分，僅僅為一種邏輯功能劃分，實際實現時可以有另外的劃分方式，例如多個單元或組件可以結合或者可以集成到另一個系統，或一些特徵
可以忽略，或不執行。上述單元可以是或者也可以不是物理上分開的，作為單元顯示的部件可以是或者也可以不是物理單元，即可以位於一個地方，或者也可以分布到多個網絡單元上。可以根據實際的需要選擇其中的部分或者全部單元來實現本發明實施例方案的目的。
58.最後應說明的是：以上各實施例僅用以說明本發明的技術方案，而非對其限制；儘管參照前述各實施例對本發明進行了詳細的說明，本領域的普通技術人員應當理解：其依然可以對前述各實施例所記載的技術方案進行修改，或者對其中部分或者全部技術特徵進行等同替換；而這些修改或者替換，並不使相應技術方案的本質脫離本發明各實施例技術方案的範圍，其均應涵蓋在本發明的權利要求和說明書的範圍當中。
59.以上所述僅為本發明的較佳實施例而已，並不用以限制本發明，凡在本發明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護範圍之內。