一種車用燃料電池動態性能測試系統及其工作方法
【專利摘要】本發明公開了一種車用燃料電池動態性能測試系統，主要包括空壓機(1)、空氣減壓閥(2)、空氣質量流量計(3)、空氣壓力傳感器(7)、空氣溫度傳感器(8)、質子交換膜燃料電池(10)、壓力傳感器一(11)、手動閥一(12)、氫氣瓶(13)、氫氣減壓閥(14)、氫氣質量流量計(15)、氫氣壓力傳感器(19)、氫氣溫度傳感器(20)、壓力傳感器二(22)、手動閥二(23)。本發明還提供了前述測試系統的工作方法，使空氣和氫氣在一定溫度和壓力下，以一定流量分別從各自管路進入燃料電池內部反應，測試其加濕與不加濕情況下電堆的動態性能曲線，通過比較，得出電堆最佳工作性能時的條件。本發明可以全面系統地測試質子交換膜燃料電池的動態性能，保護電堆壽命，燃料電池反應后只生成水，不含有任何污染物，減少了環境污染。
【專利說明】
一種車用燃料電池動態性能測試系統及其工作方法
技術領域
[0001]本發明屬于燃料電池技術領域，具體涉及一種車用燃料電池動態性能測試系統及其工作方法。
【背景技術】
[0002]隨著燃料電池的發展，堿性燃料電池、磷酸燃料電池、固體氧化物燃料電池、質子交換膜燃料電池等各自被應用于諸多領域。其中質子交換膜燃料電池因其效率高、啟動快、能量密度大、噪音低和無污染等優點，被認為最有可能替代內燃機成為下一代車用動力裝置。
[0003]燃料電池作為一種車用新能源，越來越成為研究的熱點，其中燃料電池動態性能的測試也成為研究的重點。進氣流量、供氣壓力、露點溫度、相對濕度等諸多因素都直接影響到燃料電池的動態性能，從而直接影響其壽命。因此有必要對燃料電池的動態性能進行多次測試評估，選擇最佳工作條件。
[0004]專利(200820114566)給出了測試質子交換膜燃料電池部分動態性能的途徑和方法，但測試系統不夠全面，對燃料電池壓力、溫度的測量還不充分，動態性能的測試還需進一步研究。
[0005]本發明將對質子交換膜燃料電池的壓差變化、濕度跟隨能力等進行系統研究，進而提出更全面可行的測試系統整體方案，全面評估電堆性能，選擇最佳工作條件。
【發明內容】
[0006]本發明的目的正是為了全面高效測試質子交換膜燃料電池的動態性能，提出了一種車用燃料電池動態性能測試系統及其工作方法，力求既可測出燃料電池的動態性能，又可以在一定程度上保護電池。
[0007]本發明提供了一種車用燃料電池動態性能測試系統，主要包括空壓機、空氣減壓閥、空氣質量流量計、空氣壓力傳感器、空氣溫度傳感器、質子交換膜燃料電池、壓力傳感器一、手動閥一、氫氣瓶、氫氣減壓閥、氫氣質量流量計、氫氣壓力傳感器、氫氣溫度傳感器、壓力傳感器二、手動閥二；
[0008]空壓機經空氣減壓閥連接空氣質量流量計；
[0009]空氣質量流量計依次經過空氣壓力傳感器、空氣溫度傳感器連接至質子交換膜燃料電池；
[0010]氫氣瓶經氫氣減壓閥連接氫氣質量流量計；
[0011]氫氣質量流量計依次經過氫氣壓力傳感器、氫氣溫度傳感器連接至質子交換膜燃料電池；
[0012]質子交換膜燃料電池的空氣廢氣出口依次連接有壓力傳感器一和手動閥一；
[0013]質子交換膜燃料電池的氫氣廢氣出口依次連接有壓力傳感器二和手動閥二。
[0014]作為優選手段，空氣加濕器通過管路連接在空氣質量流量計與空氣壓力傳感器之間的管路上。空氣加濕器的進氣口連接有空氣加濕進氣閥。
[0015]作為進一步地優選手段，空氣加濕器與空氣壓力傳感器之間連接有水汽分離器
O
[0016]作為優選手段，氫氣加濕器通過管路連接在氫氣質量流量計與氫氣壓力傳感器之間的管路上。氫氣加濕器的進氣口連接有氫氣加濕進氣閥。
[0017]作為進一步地優選技術手段，氫氣加濕器與氫氣壓力傳感器之間連接有水汽分離口口 _-
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[0018]作為優選手段，質子交換膜燃料電池的空氣入口和氫氣廢氣出口之間設有壓差傳感器一O
[0019]作為優選手段，質子交換膜燃料電池的氫氣入口和空氣廢氣出口之間設有壓差傳感器二。
[0020]本發明還提供了前述一種燃料電池動態性能測試系統的工作方法:
[0021]通過空壓機收集空氣，空氣經過空氣減壓閥減壓，然后經空氣質量流量計檢測，再經空氣壓力傳感器、空氣溫度傳感器進入質子交換膜燃料電池內部；
[0022]同理，氫氣通過氫氣瓶提供，首先經過氫氣減壓閥減壓，然后依次經氫氣質量流量計、氫氣壓力傳感器、氫氣溫度傳感器進入質子交換膜燃料電池內部，與空氣充分反應；
[0023]反應過程中質子交換膜燃料電池內部壓力通過空氣廢氣出口和氫氣廢氣出口各自管路上的壓力傳感器一、壓力傳感器二背壓控制；
[0024]反應充分后，手動閥一和手動閥二開啟，排放各自的尾氣和反應的生成水。
[0025]作為比較手段，空氣加濕器通過管路連接在空氣質量流量計與空氣壓力傳感器之間的管路上；空氣加濕器的進氣口連接有空氣加濕進氣閥；氫氣加濕器通過管路連接在氫氣質量流量計與氫氣壓力傳感器之間的管路上;氫氣加濕器的進氣口連接有氫氣加濕進氣閥；當氣體需要加濕進入質子交換膜燃料電池內部反應時，則開啟空氣加濕進氣閥、氫氣加濕進氣閥，經空氣加濕器和氫氣加濕器分別對空氣和氫氣進行加濕處理。
[0026]作為優選手段，空氣經過空氣減壓閥減壓至約0.3MPa;氫氣經過氫氣減壓閥減壓至約 0.3MPa。
[0027]本發明是使空氣和氫氣在一定溫度和壓力下，以一定流量分別從各自管路進入燃料電池內部反應，測試其加濕與不加濕情況下電堆的動態性能曲線，通過比較，得出電堆最佳工作性能時的條件。
[0028]采用本發明可以全面系統地測試質子交換膜燃料電池的動態性能，保護電堆壽命，燃料電池反應后只生成水，不含有任何污染物，減少了環境污染。
【附圖說明】
[0029]圖1是本發明的總體方案流程圖，
[0030]圖中:1、空壓機；2、空氣減壓閥；3、空氣質量流量計；4、空氣加濕閥；5、空氣加濕器;6、水汽分離器;7、壓力傳感器一;8、溫度傳感器一;9、壓差傳感器一 ；10、質子交換膜燃料電池；11、壓力傳感器一 ；12、手動閥；13、氫氣瓶；14、氫氣減壓閥；15、氫氣質量流量計；
16、氫氣加濕閥，17、氫氣加濕器；18、水汽分離器；19、壓力傳感器三;20、溫度傳感器二; 21、壓差傳感器二; 22、壓力傳感器二; 23、手動閥。
【具體實施方式】
[0031]下面結合附圖對本發明作進一步詳細描述:
[0032]本發明的一種車用燃料電池動態性能測試系統，主要包括空壓機1、空氣減壓閥2、空氣質量流量計3、空氣壓力傳感器7、空氣溫度傳感器8、質子交換膜燃料電池10、壓力傳感器一 11、手動閥一 12、氫氣瓶13、氫氣減壓閥14、氫氣質量流量計15、氫氣壓力傳感器19、氫氣溫度傳感器20、壓力傳感器二 22、手動閥二 23。
[0033]空壓機I經空氣減壓閥2連接空氣質量流量計3。
[0034]空氣質量流量計3依次經過空氣壓力傳感器7、空氣溫度傳感器8連接至質子交換膜燃料電池10的陰極。
[0035]空氣加濕器5通過管路連接在空氣質量流量計3與空氣壓力傳感器7之間的管路上。空氣加濕器5的進氣口連接有空氣加濕進氣閥4。作為優選手段，空氣加濕器5與空氣壓力傳感器7之間連接有水汽分離器一 6。
[0036]氫氣瓶13經氫氣減壓閥14連接氫氣質量流量計15。
[0037]氫氣質量流量計15依次經過氫氣壓力傳感器19、氫氣溫度傳感器20連接至質子交換膜燃料電池10的陽極。
[0038]氫氣加濕器17通過管路連接在氫氣質量流量計15與氫氣壓力傳感器19之間的管路上。氫氣加濕器17的進氣口連接有氫氣加濕進氣閥16。作為優選技術手段，氫氣加濕器17與氫氣壓力傳感器19之間連接有水汽分離器二 18。
[0039]質子交換膜燃料電池10的空氣入口和氫氣廢氣出口之間設有壓差傳感器一9。
[0040]質子交換膜燃料電池10的氫氣入口和空氣廢氣出口之間設有壓差傳感器二21。
[0041]質子交換膜燃料電池10的空氣廢氣出口依次連接有壓力傳感器一11和手動閥一
12ο
[0042]質子交換膜燃料電池10的氫氣廢氣出口依次連接有壓力傳感器二22和手動閥二23ο
[0043]本發明還提供了前述一種車用燃料電池動態性能測試系統的工作方法，根據流程圖1詳細描述如下。
[0044]據實驗需要，車用燃料電池動態性能測試系統在氣體不加濕時，通過空壓機I收集空氣，空氣經過空氣減壓閥2減壓至約0.3MPa，然后經空氣質量流量計3檢測，再經空氣壓力傳感器7、空氣溫度傳感器8的精確檢測控制進入燃料電池內部(陰極)，同時，為了更精確測量分析壓差變化，還在電堆的空氣入口、氫氣廢氣出口之間設有壓差傳感器一9;同理，氫氣通過氫氣瓶13提供，首先經過氫氣減壓閥14減壓至約0.3MPa，然后依次經氫氣質量流量計
15、氫氣壓力傳感器19、氫氣溫度傳感器20、壓差傳感器二 21的精確檢測控制進入燃料電池內部(陽極)與空氣充分反應;反應過程中質子交換膜燃料電池10內部壓力通過空氣廢氣出口和氫氣廢氣出口各自管路上的壓力傳感器一11、壓力傳感器二 22背壓控制;反應充分后，手動閥一 12和手動閥二 23開啟，排放各自的尾氣和反應的生成水。
[0045]作為比較手段，當氣體需要加濕進入燃料電池內部反應時，則需要開啟氣體管路上各自的空氣加濕進氣閥4、氫氣加濕進氣閥16，經空氣加濕器5和氫氣加濕器17分別對空氣和氫氣進行加濕處理。作為更進一步地優化，為保證進入燃料電池內部反應氣體的純度，此系統在加濕處理后還增加了水汽分離器一 6和水汽分離器二 18，能夠在一定程度上解決燃料電池內的積水問題。
[0046]本發明系統中的燃料電池可用作便攜式電源、小型移動電源、車載電源等，也可用作自行車、摩托車、汽車等交通工具的動力電源。
[0047]本發明不限于以上對實施例的描述，本領域技術人員根據本發明揭示的內容，在本發明基礎上不必經過創造性勞動所進行的改進和修改，比如壓差傳感器和水汽分離器的選擇設置等，都應該在本發明的保護范圍之內。
【主權項】
1.一種車用燃料電池動態性能測試系統，其特征在于:主要包括空壓機(I)、空氣減壓閥(2)、空氣質量流量計(3)、空氣壓力傳感器(7)、空氣溫度傳感器(8)、質子交換膜燃料電池(10)、壓力傳感器一(11)、手動閥一(12)、氫氣瓶(13)、氫氣減壓閥(14)、氫氣質量流量計(15)、氫氣壓力傳感器(19)、氫氣溫度傳感器(20)、壓力傳感器二(22)、手動閥二(23);空壓機(I)經空氣減壓閥(2)連接空氣質量流量計(3);空氣質量流量計(3)依次經過空氣壓力傳感器(7)、空氣溫度傳感器(8)連接至質子交換膜燃料電池(10);氫氣瓶(13)經氫氣減壓閥(14)連接氫氣質量流量計(15);氫氣質量流量計(15)依次經過氫氣壓力傳感器(19)、氫氣溫度傳感器(20)連接至質子交換膜燃料電池(10);質子交換膜燃料電池(10)的空氣廢氣出口依次連接有壓力傳感器一(11)和手動閥一(12);質子交換膜燃料電池(10)的氫氣廢氣出口依次連接有壓力傳感器二 (22)和手動閥二 (23)。2.根據權利要求1所述的一種車用燃料電池動態性能測試系統，其特征在于:空氣加濕器(5)通過管路連接在空氣質量流量計(4)與空氣壓力傳感器(7)之間的管路上；空氣加濕器(5)的進氣口連接有空氣加濕進氣閥(4)。3.根據權利要求2所述的一種車用燃料電池動態性能測試系統，其特征在于:空氣加濕器(5)與空氣壓力傳感器(7)之間連接有水汽分離器一 (6)。4.根據權利要求1所述的一種車用燃料電池動態性能測試系統，其特征在于:氫氣加濕器(17)通過管路連接在氫氣質量流量計(15)與氫氣壓力傳感器(19)之間的管路上;氫氣加濕器(17)的進氣口連接有氫氣加濕進氣閥(16)。5.根據權利要求4所述的一種車用燃料電池動態性能測試系統，其特征在于:氫氣加濕器(17)與氫氣壓力傳感器(19)之間連接有水汽分離器二(18)。6.根據權利要求1所述的一種車用燃料電池動態性能測試系統，其特征在于:質子交換膜燃料電池(10)的空氣入口和氫氣廢氣出口之間設有壓差傳感器一 (9)。7.根據權利要求1所述的一種車用燃料電池動態性能測試系統，其特征在于:質子交換膜燃料電池(10)的氫氣入口和空氣廢氣出口之間設有壓差傳感器二 (21)。8.—種工作方法，基于權利要求1-7任一項所述的燃料電池動態性能測試系統，其特征在于: 通過空壓機(I)收集空氣，空氣經過空氣減壓閥(2)減壓，然后經空氣質量流量計(3)檢測，再經空氣壓力傳感器(7)、空氣溫度傳感器(8)進入質子交換膜燃料電池(10)內部；同時，氫氣通過氫氣瓶(13)提供，首先經過氫氣減壓閥(14)減壓，然后依次經氫氣質量流量計(15)、氫氣壓力傳感器(19)、氫氣溫度傳感器(20)進入質子交換膜燃料電池(10)內部，與空氣充分反應;反應過程中，質子交換膜燃料電池(10)內部壓力通過空氣廢氣出口管路和氫氣廢氣出口管路上的壓力傳感器一(11)、壓力傳感器二 (22)背壓控制;反應充分后，手動閥一(12)和手動閥二 (23)開啟，排放尾氣和反應的生成水。9.根據權利要求8所述的工作方法，其特征在于: 空氣加濕器(5)通過管路連接在空氣質量流量計(4)與空氣壓力傳感器(7)之間的管路上；空氣加濕器(5)的進氣口連接有空氣加濕進氣閥(4);氫氣加濕器(17)通過管路連接在氫氣質量流量計(15)與氫氣壓力傳感器(19)之間的管路上;氫氣加濕器(17)的進氣口連接有氫氣加濕進氣閥(16);當氣體需要加濕進入質子交換膜燃料電池(10)內部反應時，則開啟空氣加濕進氣閥(4)、氫氣加濕進氣閥(16)，經空氣加濕器(5)和氫氣加濕器(17)分別對空氣和氫氣進行加濕處理。10.根據權利要求8所述的工作方法，其特征在于:空氣經過空氣減壓閥(2)減壓至約.0.3MPa ；氫氣經過氫氣減壓閥(14)減壓至約0.3MP。
【文檔編號】H01M8/04492GK105895939SQ201610270344
【公開日】2016年8月24日
【申請日】2016年4月27日
【發明人】劉永峰, 王娜, 裴普成, 姚圣卓, 秦建軍
【申請人】北京建筑大學