一种可实现饱和加湿且精确加湿的燃料电池电堆测试系统技术方案

本发明专利技术涉及一种可实现饱和加湿且精确加湿的燃料电池电堆测试系统，包括：流量控制单元

【技术实现步骤摘要】
一种可实现饱和加湿且精确加湿的燃料电池电堆测试系统


[0001]本专利技术涉及燃料电池
，具体涉及一种可实现饱和加湿且精确加湿的燃料电池电堆测试系统
。

技术介绍

[0002]燃料电池发动机作为一种新型的绿色动力源，因其所具有的高效率和低排放等优良特性，正逐渐成为车载发动机的研发重点之一
。
燃料电池发动机是基于负载的输出，对于整车而言具有良好的控制性；同时，燃料电池发动机的能量输出为电能，简化了传统汽车的传动和调速结构
。
尽管燃料电池发动机与内燃机相比具有众多优点，但是燃料电池发动机要取代内燃机成为汽车发动机的主流，还有许多问题需要解决
。
[0003]燃料电池电堆测试过程中，质子交换膜的质子电导率和含水量正相关，为保证质子交换膜得到充分的润湿，除了利用电化学反应生成的水，从阴极反渗透到阳极侧的水，通常在电堆运行过程中仍需要对氢气
、
空气侧进行加湿
。
目前测试设备和加湿方式，可实现对加湿系统的露点温度
(
湿度
)
进行控制，但仍存在很大的弊端
。
燃料电池测试中气体流量控制方式一般为控制气体的质量流量，在压力较大时气体的体积流量相对较小，在压力较小时体积流量则会变大，对某一压力的气体进行饱和加湿后，气体中的水蒸气饱和蒸气压和含水量为定值，如加湿后气体压力降低气体体积流量增大则气体湿度也会相应降低
。
现有的加湿方式便存在此问题，气体在加湿系统饱和加湿后
(100
％
RH)
，气体中的含水量达到峰值，但随着气体在管路中的流动和在加热系统加热后，由于气体管路管阻和加热系统元器件的管损，气体到达电堆入口位置时压力发生了较大改变
。
在大功率燃料电池电堆测试设备中此现象尤为严重，由于加热方式通常为板式换热器，相对管阻较大，且气体流量通常较大
(
空气达到
10000SLPM
以上
)
导致管路中管阻也偏大，在控制电堆入口气体压力在
150kPa
时，前端加湿系统出口压力可能达到
180
‑
190kPa
，此时加湿虽然为饱和加湿但电堆入口湿度会降低
10
‑
20
％
。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷中的至少一种而提供一种可实现饱和加湿且精确加湿的燃料电池电堆测试系统
。
该系统通过气体预处理单元
、
气体流量控制单元
、
气体加湿单元
、
控温单元
、
控压单元
、
气体降温及水气分离单元
、
补充加湿水流量控制单元
、
补充加湿蒸发单元组成，可实现电堆的气路不同流量
、
温度
、
湿度
、
压力情况下的各种工况模拟，实现非饱和状态下气体所需含水量计算及露点温度精确控制，也可实现在高温下实现气体
100
％
RH
增湿
。
[0005]本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现：
[0006]一种可实现饱和加湿且精确加湿的燃料电池电堆测试系统，包括：
[0007]用于控制氢气流量的流量控制单元，设有将氢气分为两路的三通阀；
[0008]用于控制进电堆氢气温度的控温单元，进口管路与三通阀分出的一路氢气相连
通，出口管路与电堆进气管路相连通；
[0009]用于控制氢气湿度的加湿单元，进口管路与三通阀分出的另一路氢气相连通，出口管路与控温单元相连通；
[0010]用于补充增湿氢气的补充加湿蒸发单元，出口管路与与电堆进气管路相连通；
[0011]用于电堆尾排高温氢气降温的降温单元，进口管路与电堆出气管路相连通；
[0012]用于控制进电堆氢气压力的控压单元，与降温单元出口管路相连通
。
[0013]进一步地，所述的系统还设有与流量控制单元相连通的气体预处理单元
。
[0014]进一步地，所述的气体预处理单元包括氢气输送管和依次设置在氢气输送管上的减压阀
、
过滤器和流量控制电磁阀；所述的氢气输送管与流量控制单元相连通
。
氢气经过减压阀
、
过滤器进行调节压力和过滤杂质后，通过电磁阀进行流量开关控制
。
[0015]进一步地，所述的系统还设有与控压单元相连通的水汽分离单元；所述的水汽分离单元包括水气分离罐和设置在水气分离罐出液端的排水电磁阀
。
水气分离罐和排水电磁阀用以收集经过降温之后冷凝析出的液态水
。
[0016]进一步地，所述的流量控制单元还包括设置在三通阀进气端的第一质量流量控制器和设置在三通阀出气端的流量计，以及设置在加湿单元和控温单元之间的电磁阀
。
其中，三通阀为电动三通阀，第一质量流量控制器用于控制气体总流量，通过湿度计算可以得出当前所需干湿混合比例，流量计监测当前干气流量，通过
PID
控制器控制三通阀改变开度，实现干气湿气实际流量等于需求流量
。
[0017]进一步地，所述的加湿单元包括内设有加湿罐液位传感器的加湿罐，以及设置在加湿罐出口管路的加湿罐出口温度传感器和加湿罐出口压力传感器；所述的加湿罐进口管路关于与三通阀相连通，出口管路与控温单元相连通；所述的加湿罐底部还设有排水阀，优先地，排水阀为电磁阀
。
[0018]更进一步地，加湿单元包括加湿出口温度传感器
、
加湿出口压力传感器
、
加湿罐
、
加湿罐液位传感器
、
加湿罐循环水管路和设置在循环水管路上的变频水泵
、
加热器
、
加热器出口温度传感器
、
板式换热器
、
换热器热侧出口温度传感器和换热器冷侧出口比例阀
、
加湿罐循环水入口压力传感器
、
加湿罐循环水入口过滤器
、
补水电磁阀和排水电磁阀；变频水泵用于控制回路流量和压力，加热器
、
板式换热器式换热器热侧出口温度传感器和板式换热器冷侧出口比例阀用于控制回路温度，氢气进入加湿罐后进行喷淋加湿，达到所设定露点温度，如通过液位传感器检测加湿罐内液位过低，则开启电磁阀进行补水，如检测加湿罐内液位过高，则开启电磁阀进行补水
。
[0019]进一步地，所述的加湿罐上设有加湿罐循环水管路，沿循环方向，加湿罐循环水管路依次设有变频水泵
、
加热器
、
加热器出口温度传感器
、
第一换热器
、
换热器本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种可实现饱和加湿且精确加湿的燃料电池电堆测试系统，其特征在于，包括：用于控制氢气流量的流量控制单元，设有将氢气分为两路的三通阀
(3)
；用于控制进电堆氢气温度的控温单元
(7)
，进口管路与三通阀
(3)
分出的一路氢气相连通，出口管路与电堆进气管路相连通；用于控制氢气湿度的加湿单元
(5)
，进口管路与三通阀
(3)
分出的另一路氢气相连通，出口管路与控温单元
(7)
相连通；用于补充增湿氢气的补充加湿蒸发单元
(16)
，出口管路与与电堆进气管路相连通；用于电堆尾排高温氢气降温的降温单元
(12)
，进口管路与电堆出气管路相连通；用于控制进电堆氢气压力的控压单元，与降温单元
(12)
出口管路相连通
。2.
根据权利要求1所述的一种可实现饱和加湿且精确加湿的燃料电池电堆测试系统，其特征在于，所述的系统还设有与流量控制单元相连通的气体预处理单元
(1)。3.
根据权利要求2所述的一种可实现饱和加湿且精确加湿的燃料电池电堆测试系统，其特征在于，所述的气体预处理单元
(1)
包括氢气输送管和依次设置在氢气输送管上的减压阀
、
过滤器和流量控制电磁阀；所述的氢气输送管与流量控制单元相连通
。4.
根据权利要求1所述的一种可实现饱和加湿且精确加湿的燃料电池电堆测试系统，其特征在于，所述的系统还设有与控压单元相连通的水汽分离单元；所述的水汽分离单元包括水气分离罐
(14)
和设置在水气分离罐
(14)
出液端的排水电磁阀
。5.
根据权利要求1所述的一种可实现饱和加湿且精确加湿的燃料电池电堆测试系统，其特征在于，所述的流量控制单元还包括设置在三通阀
(3)
进气端的第一质量流量控制器
(2)
和设置在三通阀
(3)
出气端的流量计
(4)。6.
根据权利要求1所述的一种可实现饱和加湿且精确加湿的燃料电池电堆测试系统，其特征在于，所述的加湿单元
(5)
包括内设有加湿罐液位传感器
(5.3)
的加湿罐，以及设置在加湿罐出口管路的加湿罐出口温度传感器

【专利技术属性】
技术研发人员：孙贺，李海军，卢金阳，王永湛，甘全全，戴威，
申请(专利权)人：上海神力科技有限公司，
类型：发明
国别省市：