一种燃料电池电堆冷启动试验台架及冷启动控制方法技术

本发明专利技术属于燃料电池电堆冷启动技术领域，具体涉及一种燃料电池电堆冷启动试验台架及冷启动控制方法，包括容纳并冷冻燃料电池电堆的低温箱、空气回路系统、氢气回路系统和水冷回路系统；空气回路系统包括湿度调节组件一和预冷装置一，湿度调节组件一用于调节空气湿度；氢气回路系统包括湿度调节组件二和预冷装置二，湿度调节组件二用于调节氢气湿度；水冷回路系统包括预冷装置三、水量调节回路和水泵，水量调节回路用于调节冷却水流量，水泵用于驱动冷却水循环。本发明专利技术的燃料电池电堆冷启动试验台架，能真实模拟低温条件下的启动及运行环境，节约成本，增加试验数据可靠性；冷启动控制方法根据不同试验阶段调整工况，提高冷启动试验效率。

【技术实现步骤摘要】
一种燃料电池电堆冷启动试验台架及冷启动控制方法
本专利技术涉及燃料电池电堆冷启动
，尤其涉及一种燃料电池电堆冷启动试验台架及冷启动控制方法。
技术介绍
燃料电池汽车发展迅速，燃料电池电堆作为汽车的能源部件具有重要的安全意义；而低温条件下的冷启动成为衡量燃料电池电堆安全性能的重要参数，因此需要在出厂前进行冷启动试验；市场上现有的燃料电池电堆冷启动试验台架多数仅通过低温箱对燃料电池电堆进行冷冻降温，没有对进入燃料电池电堆的冷却水、氢气和空气等进行预冷；而且，试验台架没有根据试验阶段的不同去调整试验工况，因此，难以模拟真实的低温条件，使得燃料电池电堆冷启动试验数据可靠性降低，试验效率低。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种燃料电池电堆冷启动试验台架及冷启动控制方法，燃料电池电堆冷启动试验台架能真实模拟低温条件下的启动及运行环境，节约资源，成本低，增加试验数据可靠性；冷启动控制方法根据试验阶段的不同调整试验工况，提高燃料电池电堆冷启动试验效率。为达此目的，本专利技术采用以下技术方案：一方面，提供一种燃料电池电堆冷启动试验台架，包括：低温箱，所述低温箱被配置为容纳并冷冻燃料电池电堆；空气回路系统，所述空气回路系统包括湿度调节组件一和预冷装置一，所述湿度调节组件一的两端分别连通所述空气回路系统的进气口和所述预冷装置一，所述预冷装置一连通所述燃料电池电堆的空气入口，所述湿度调节组件一被配置为调节空气的湿度；氢气回路系统，所述氢气回路系统包括湿度调节组件二和预冷装置二，所述预冷装置二的两端分别连通所述氢气回路系统的进气口和所述燃料电池电堆的氢气入口，所述湿度调节组件二连通所述燃料电池电堆的氢气出口，所述湿度调节组件二被配置为调节氢气的湿度；以及水冷回路系统，所述水冷回路系统包括预冷装置三、水量调节回路和水泵，所述预冷装置三的两端分别连通所述燃料电池电堆的水冷入口和所述水量调节回路，所述水量调节回路被配置为调节冷却水的流量，所述水泵被配置为驱动冷却水的循环。作为本专利技术的一种优选结构，所述湿度调节组件一包括：干燥装置；加湿装置，所述加湿装置并联于所述干燥装置，所述干燥装置和所述加湿装置均连通所述预冷装置一；以及三通阀一，所述三通阀一被配置为连通所述干燥装置或者所述加湿装置。作为本专利技术的一种优选结构，所述湿度调节组件二包括：第一循环支路，所述第一循环支路包括分水器一和排氢电磁阀，所述分水器一连通所述排氢电磁阀，所述分水器一被配置为分离氢气的水分，所述排氢电磁阀用于控制排出氢气；以及第二循环支路，所述第二循环支路被配置为循环部分氢气，所述第二循环支路包括开关阀和氢气循环泵，所述开关阀连通所述氢气循环泵，所述氢气循环泵连通所述氢气回路系统的进气口，所述氢气循环泵被配置为驱动氢气的循环。作为本专利技术的一种优选结构，所述水量调节回路包括：小水箱；大水箱，所述大水箱并联于所述小水箱，所述大水箱和所述小水箱均连通所述水泵；以及三通阀二，所述三通阀二被配置为连通所述小水箱或者所述大水箱。作为本专利技术的一种优选结构，所述第二循环支路还包括分水器二，所述分水器二的两端分别连通所述开关阀和所述氢气循环泵。作为本专利技术的一种优选结构，所述氢气回路系统还包括储水罐，所述储水罐连通所述分水器一和/或所述分水器二。作为本专利技术的一种优选结构，所述水冷回路系统还包括温度传感器一和温度传感器二，所述温度传感器一被配置为测量所述水冷入口的水温；所述温度传感器二被配置为测量水冷出口的水温。作为本专利技术的一种优选结构，所述氢气回路系统还包括氢进电磁阀，所述氢进电磁阀的两端分别连通所述氢气回路系统的进气口和所述预冷装置二。作为本专利技术的一种优选结构，所述水冷回路系统还包括膨胀水箱，所述膨胀水箱连通所述水量调节回路，所述膨胀水箱被配置为提供冷却水。另一方面，提供一种冷启动控制方法，用于上述的燃料电池电堆冷启动试验台架，包括以下步骤：步骤S1、将燃料电池电堆放入未启动的低温箱；步骤S2、关闭预冷装置一、预冷装置二、预冷装置三、开关阀和水泵；三通阀一动作，空气通过干燥装置进入空气入口，并通过空气出口排出；氢气进入氢气入口，由氢气出口通过分水器一排出水分，并通过排氢电磁阀脉冲排出；三通阀二动作，冷却水通过小水箱散热；同时，检测所述燃料电池电堆的内部阻抗，当内部阻抗小于设定值时，执行步骤S3；否则，继续执行步骤S2；步骤S3、启动所述低温箱，设定冷冻温度，对所述燃料电池电堆进行冷冻；温度传感器一检测水冷入口的水温，检测水冷入口、水冷出口的水温，当两个所述水温均小于或者等于设定温度时，执行步骤S4；否则，继续执行步骤S3；步骤S4、开启所述预冷装置一、所述预冷装置二、所述预冷装置三和所述水泵；空气通过所述干燥装置、所述预冷装置一进入所述空气入口，并通过所述空气出口排出；氢气通过所述预冷装置二进入所述氢气入口，由所述氢气出口通过所述分水器一排出水分，并通过所述排氢电磁阀脉冲排出；冷却水通过所述水泵流经所述小水箱实现水循环散热；检测水冷入口的水温，当所述水温大于设定温度时，执行步骤S5；否则，继续执行步骤S4；步骤S5、开启所述开关阀；所述三通阀一动作，空气通过加湿装置、所述预冷装置一进入所述空气入口，并通过所述空气出口排出；氢气通过所述预冷装置二进入所述氢气入口，并由所述氢气出口分别通过第一循环支路和第二循环支路；三通阀二动作，冷却水通过所述水泵流经大水箱实现水循环。本专利技术的有益效果：本专利技术所提供的燃料电池电堆冷启动试验台架，在低温启动阶段和低温运行阶段，预冷装置一能对进入燃料电池电堆的空气提供预冷、预冷装置二能对进入燃料电池电堆的氢气提供预冷、预冷装置三能对进入燃料电池电堆的冷却水提供预冷，模拟真实低温环境，节约成本，增加试验数据可靠性；在吹扫阶段、低温启动阶段和低温运行阶段根据不同工况的要求，湿度调节组件一能调节进入燃料电池电堆的空气湿度、湿度调节组件二能调节进入燃料电池电堆的氢气湿度、水量调节回路能对循环冷却水的流量进行调节，满足燃料电池电堆的启动和运行需求，提高燃料电池电堆冷启动试验效率；本专利技术所提供的冷启动控制方法根据不同试验阶段调整工况，提高冷启动试验效率。附图说明图1是本专利技术实施例一提供的燃料电池电堆冷启动试验台架的结构示意图；图2是本专利技术实施例二提供的冷启动控制方法的流程图。图中：1、低温箱；2、空气回路系统；21、湿度调节组件一；211、干燥装置；212、加湿装置；213、三通阀一；22、预冷装置一；3、氢气回路系统；31、湿度调节组件二；311、分水器一；312、排氢电磁阀；313、开关阀；314、氢气循环泵；315、分水器二；32、预冷装置二；33、储水罐；34、氢进电磁阀；4、水冷回路系统；41、预冷装置三；42、水量调节回路；421、小水箱；422、大水箱；423、三通阀二；43、水泵；4本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种燃料电池电堆冷启动试验台架，其特征在于，包括：/n低温箱(1)，所述低温箱(1)被配置为容纳并冷冻燃料电池电堆(100)；/n空气回路系统(2)，所述空气回路系统(2)包括湿度调节组件一(21)和预冷装置一(22)，所述湿度调节组件一(21)的两端分别连通所述空气回路系统(2)的进气口和所述预冷装置一(22)，所述预冷装置一(22)连通所述燃料电池电堆(100)的空气入口(101)，所述湿度调节组件一(21)被配置为调节空气的湿度；/n氢气回路系统(3)，所述氢气回路系统(3)包括湿度调节组件二(31)和预冷装置二(32)，所述预冷装置二(32)的两端分别连通所述氢气回路系统(3)的进气口和所述燃料电池电堆(100)的氢气入口(102)，所述湿度调节组件二(31)连通所述燃料电池电堆(100)的氢气出口(103)，所述湿度调节组件二(31)被配置为调节氢气的湿度；以及/n水冷回路系统(4)，所述水冷回路系统(4)包括预冷装置三(41)、水量调节回路(42)和水泵(43)，所述预冷装置三(41)的两端分别连通所述燃料电池电堆(100)的水冷入口(104)和所述水量调节回路(42)，所述水量调节回路(42)被配置为调节冷却水的流量，所述水泵(43)被配置为驱动冷却水的循环。/n...

【技术特征摘要】
1.一种燃料电池电堆冷启动试验台架，其特征在于，包括：
低温箱(1)，所述低温箱(1)被配置为容纳并冷冻燃料电池电堆(100)；
空气回路系统(2)，所述空气回路系统(2)包括湿度调节组件一(21)和预冷装置一(22)，所述湿度调节组件一(21)的两端分别连通所述空气回路系统(2)的进气口和所述预冷装置一(22)，所述预冷装置一(22)连通所述燃料电池电堆(100)的空气入口(101)，所述湿度调节组件一(21)被配置为调节空气的湿度；
氢气回路系统(3)，所述氢气回路系统(3)包括湿度调节组件二(31)和预冷装置二(32)，所述预冷装置二(32)的两端分别连通所述氢气回路系统(3)的进气口和所述燃料电池电堆(100)的氢气入口(102)，所述湿度调节组件二(31)连通所述燃料电池电堆(100)的氢气出口(103)，所述湿度调节组件二(31)被配置为调节氢气的湿度；以及
水冷回路系统(4)，所述水冷回路系统(4)包括预冷装置三(41)、水量调节回路(42)和水泵(43)，所述预冷装置三(41)的两端分别连通所述燃料电池电堆(100)的水冷入口(104)和所述水量调节回路(42)，所述水量调节回路(42)被配置为调节冷却水的流量，所述水泵(43)被配置为驱动冷却水的循环。


2.根据权利要求1所述的燃料电池电堆冷启动试验台架，其特征在于，所述湿度调节组件一(21)包括：
干燥装置(211)；
加湿装置(212)，所述加湿装置(212)并联于所述干燥装置(211)，所述干燥装置(211)和所述加湿装置(212)均连通所述预冷装置一(22)；以及
三通阀一(213)，所述三通阀一(213)被配置为连通所述干燥装置(211)或者所述加湿装置(212)。


3.根据权利要求1所述的燃料电池电堆冷启动试验台架，其特征在于，所述湿度调节组件二(31)包括：
第一循环支路，所述第一循环支路包括分水器一(311)和排氢电磁阀(312)，所述分水器一(311)连通所述排氢电磁阀(312)，所述分水器一(311)被配置为分离氢气的水分，所述排氢电磁阀(312)用于控制排出氢气；以及
第二循环支路，所述第二循环支路被配置为循环部分氢气，所述第二循环支路包括开关阀(313)和氢气循环泵(314)，所述开关阀(313)连通所述氢气循环泵(314)，所述氢气循环泵(314)连通所述氢气回路系统(3)的进气口，所述氢气循环泵(314)被配置为驱动氢气的循环。


4.根据权利要求1所述的燃料电池电堆冷启动试验台架，其特征在于，所述水量调节回路(42)包括：
小水箱(421)；
大水箱(422)，所述大水箱(422)并联于所述小水箱(421)，所述大水箱(422)和所述小水箱(421)均连通所述水泵(43)；以及
三通阀二(423)，所述三通阀二(423)被配置为连通所述小水箱(421)或者所述大水箱(422)。


5.根据权利要求3所述的燃料电池电堆冷启动试验台架，其特征在于，所述第二循环支路还包括分水器二(315)，所述分水器二(315)的两端分别连通所述开关阀(313)和所述氢气循环泵(314)。

...

【专利技术属性】
技术研发人员：马秋玉，赵洪辉，鲍金成，郭冬来，金守一，秦晓津，芦岩，李鑫宇，曲禄成，浦及，
申请(专利权)人：中国第一汽车股份有限公司，
类型：发明
国别省市：吉林;22