本發(fā)明專利技術(shù)公開了一種燃料電池電堆陽極模擬裝置，包括：氫氣主流道、第一比例閥、加濕系統(tǒng)、換熱系統(tǒng)、氫氣消耗模擬組件和電堆模擬器控制器，氫氣主流道一端設(shè)置有電堆氫氣入口、相對的另一端設(shè)置有電堆氫氣出口，第一比例閥設(shè)置在氫氣主流道上，加濕系統(tǒng)包括加濕器，氫氣消耗模擬組件包括氣體支流道、第二比例閥和氣體質(zhì)量流量計(jì)，氣體支流道連通至第一比例閥、加濕系統(tǒng)之間的氫氣主流道，氣體支流道上設(shè)置有第二比例閥、氣體質(zhì)量流量計(jì)。本發(fā)明專利技術(shù)還公開了一種燃料電池電堆陽極模擬方法。本發(fā)明專利技術(shù)相較于現(xiàn)有技術(shù)，單獨(dú)模擬燃料電池電堆陽極側(cè)的反應(yīng)過程，可以用于燃料電池氫氣子系統(tǒng)零部件的測試和標(biāo)定，無需在燃料電池系統(tǒng)組裝完成后標(biāo)定。定。定。
【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
一種燃料電池電堆陽極模擬裝置及模擬方法
[0001]本專利技術(shù)涉及氫能與燃料電池
，尤其涉及一種燃料電池電堆陽極模擬裝置及模擬方法。
技術(shù)介紹
[0002]燃料電池是一個(gè)復(fù)雜耦合的發(fā)電系統(tǒng)。燃料電池電堆中的質(zhì)子交換膜非常薄，若陰陽極壓差控制不穩(wěn)極易造成膜的損壞，從而極易造成燃料電池的關(guān)鍵核心部件電堆的損壞。燃料電池電堆需要保證其陰陽極壓差在合理的范圍內(nèi)。
[0003]為了測試和標(biāo)定燃料電池零部件和各種控制參數(shù)，獲得燃料電池系統(tǒng)在不同工況下的數(shù)據(jù)，所使用的測試系統(tǒng)需要與所測工況相對應(yīng)。
[0004]現(xiàn)有燃料電池系統(tǒng)測試設(shè)備通常對整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行測試，此外也有對燃料電池系統(tǒng)中單一零部件進(jìn)行測試的測試設(shè)備，但是缺少對燃料電池系統(tǒng)中燃料電池子系統(tǒng)的測試標(biāo)定設(shè)備，且現(xiàn)有的燃料電池系統(tǒng)及關(guān)鍵零部件的測試臺架需要使用氫氣和真實(shí)的電堆，也就意味著需要在燃料電池系統(tǒng)組裝完成后，才能對關(guān)鍵零部件進(jìn)行標(biāo)定，標(biāo)定工作中存在電堆損壞風(fēng)險(xiǎn)，且無法進(jìn)行離線標(biāo)定。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
[0005]本專利技術(shù)的目的在于：提供一種燃料電池電堆陽極模擬裝置及模擬方法，解決直接在燃料電池系統(tǒng)上進(jìn)行在線標(biāo)定本造成的能源消耗大、易失誤，導(dǎo)致核心部件電堆損壞、標(biāo)定成本增加的問題。
[0006]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，一方面，本申請公開了一種燃料電池電堆陽極模擬裝置，包括：氫氣主流道、第一比例閥、加濕系統(tǒng)、換熱系統(tǒng)、氫氣消耗模擬組件和電堆模擬器控制器，氫氣主流道一端設(shè)置有電堆氫氣入口、相對的另一端設(shè)置有電堆氫氣出口，電堆氫氣入口用于通入氫氣，電堆氫氣入口處設(shè)置有第一溫度檢測器、第一壓力檢測器和第一濕度檢測器，電堆氫氣出口用于排出氫氣，電堆氫氣出口處設(shè)置有第二溫度檢測器、第二壓力檢測器和第二濕度檢測器，第一比例閥設(shè)置在氫氣主流道上，第一比例閥用于通過控制開度模擬燃料電池電堆的氣體流阻，加濕系統(tǒng)包括加濕器，加濕器輸出端連通濕度調(diào)整腔，濕度調(diào)整腔設(shè)置在氫氣主流道上，換熱系統(tǒng)包括板式換熱器，板式換熱器用于加熱氫氣主流道內(nèi)流經(jīng)板式換熱器的氫氣，氫氣消耗模擬組件包括氣體支流道、第二比例閥和氣體質(zhì)量流量計(jì)，氣體支流道連通至第一比例閥、加濕系統(tǒng)之間的氫氣主流道，氣體支流道上設(shè)置有第二比例閥、氣體質(zhì)量流量計(jì)。
[0007]作為上述技術(shù)方案的進(jìn)一步描述：
[0008]加濕系統(tǒng)還包括第一水箱、第一水泵和第一液體質(zhì)量流量計(jì)，第一水箱連接第一水泵，第一水泵連接加濕器，第一水泵與加濕器之間的流體管道上設(shè)置有第一液體質(zhì)量流量計(jì)。
[0009]作為上述技術(shù)方案的進(jìn)一步描述：
[0010]加濕器為離心式加濕器或超聲波加濕器。
[0011]作為上述技術(shù)方案的進(jìn)一步描述：
[0012]第一水泵與加濕器之間的流體管道上還設(shè)置有加濕溫度傳感器。
[0013]作為上述技術(shù)方案的進(jìn)一步描述：
[0014]換熱系統(tǒng)還包括電加熱器、第二水泵和散熱器，板式換熱器設(shè)置在氫氣主流道上，板式換熱器連接電加熱器，板式換熱器和電加熱器之間的流體管路上設(shè)置有換熱溫度傳感器，第二水泵連接散熱器，散熱器一側(cè)設(shè)置有散熱風(fēng)扇。
[0015]另一方面，本申請還公開了一種基于上述燃料電池電堆陽極模擬裝置的模擬方法，包括以下步驟：
[0016]S1、模擬裝置上電；
[0017]S2、電堆模擬器控制器接收上位機(jī)模擬燃料電池電堆工況點(diǎn)需求，判斷工況點(diǎn)功率是否大于0，工況點(diǎn)功率大于0則執(zhí)行步驟S3，工況點(diǎn)功率不大于0則執(zhí)行步驟S10；
[0018]S3、電堆模擬器控制器從預(yù)存數(shù)據(jù)庫內(nèi)查表電堆手冊，得到當(dāng)前工況點(diǎn)的電堆陽極側(cè)流阻；
[0019]S4、電堆模擬器控制器調(diào)整氫氣主流道上第一比例閥的開度，模擬電堆陽極側(cè)的流阻；
[0020]S5、電堆模擬器控制器從預(yù)存數(shù)據(jù)庫內(nèi)查表電堆手冊，得到當(dāng)前工況點(diǎn)的電堆陽極側(cè)的產(chǎn)水量；
[0021]S6、電堆模擬器控制器計(jì)算當(dāng)前工況點(diǎn)的產(chǎn)熱量；
[0022]S7、電堆模擬器控制器根據(jù)產(chǎn)熱量控制板式換熱器溫度升高，模擬電堆出口溫度；
[0023]S8、電堆模擬器控制器計(jì)算電堆當(dāng)前工況點(diǎn)氫氣的消耗量，通過控制第二比例閥開度，并使用氣體質(zhì)量流量計(jì)作為反饋環(huán)節(jié)進(jìn)行組合控制，模擬電堆的氫氣消耗量；
[0024]S9、在根據(jù)電堆上一工況點(diǎn)氫氣消耗量調(diào)整第二比例閥開度的基礎(chǔ)上，重復(fù)上述步驟S2
?
步驟S8；
[0025]S10、模擬裝置停止運(yùn)行。
[0026]綜上所述，由于采用了上述技術(shù)方案，本專利技術(shù)的有益效果是：
[0027]1、本專利技術(shù)中，電堆模擬器控制器控制第一比例閥的開度可以模擬燃料電池電堆在不同功率下的流阻情況，電堆模擬器控制器控制加濕器進(jìn)行氫氣的加濕，模擬電堆在不同的運(yùn)行功率下的陽極側(cè)產(chǎn)水或陰極側(cè)滲透水分情況，電堆模擬器控制器控制板式換熱器的溫度達(dá)到模擬燃料電池電堆出口溫度。模擬裝置中還設(shè)置了氫氣消耗模擬組件，在第一比例閥模擬了燃料電池電堆的氣體流阻的基礎(chǔ)上，通過控制氫氣消耗模擬組件中第二比例閥的開度，可以從氣體支流道排出一部分通入的氫氣，從而模擬燃料電池電堆在不同的功率點(diǎn)下氫氣的消耗量，同時(shí)通過氣體質(zhì)量流量計(jì)監(jiān)測氫氣排出量，從而使得電堆模擬器控制器可以利用氣體質(zhì)量流量計(jì)來做一個(gè)閉環(huán)的PID控制，使第二比例閥模擬氫氣的消耗值更準(zhǔn)確。模擬裝置單獨(dú)模擬燃料電池電堆陽極側(cè)的反應(yīng)過程，可以用于燃料電池氫氣子系統(tǒng)零部件的測試和離線標(biāo)定，無需在燃料電池系統(tǒng)組裝完成后標(biāo)定。
[0028]2、本專利技術(shù)中，采集電堆入口的溫度、壓力、濕度和出口的溫度、壓力、濕度，與模擬裝置中對電堆氫氣入口處氫氣的溫度、壓力、濕度和電堆氫氣出口處的氫氣的溫度、壓力、濕度進(jìn)行對比，驗(yàn)證電堆模擬器控制器控制模擬裝置模擬的燃料電池電堆陽極，與實(shí)際是
否存在偏差。如果有偏差，電堆模擬器控制器會實(shí)時(shí)閉環(huán)控制，使電堆模擬器能夠模擬真實(shí)的反應(yīng)過程。這樣利用該燃料電池陽極側(cè)電堆模擬器，加上燃料電池原有氫氣子系統(tǒng)零部件后，可以對氫氣子系統(tǒng)零部件進(jìn)行測試和標(biāo)定。
附圖說明
[0029]為了更清楚地說明本專利技術(shù)實(shí)施例的技術(shù)方案，下面將對實(shí)施例中所需要使用的附圖作簡單地介紹，應(yīng)當(dāng)理解，以下附圖僅示出了本專利技術(shù)的某些實(shí)施例，因此不應(yīng)被看作是對范圍的限定，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他相關(guān)的附圖。
[0030]圖1為一種燃料電池電堆陽極模擬裝置的架構(gòu)圖。
[0031]圖2為一種燃料電池電堆陽極模擬方法的流程圖。
[0032]圖3為基于本申請中一種燃料電池電堆陽極模擬裝置搭建的燃料電池氫氣子系統(tǒng)關(guān)鍵零部件測試標(biāo)定臺架系統(tǒng)架構(gòu)圖。
[0033]圖4為基于本申請中一種燃料電池電堆陽極模擬裝置搭建的燃料電池氫氣子系統(tǒng)關(guān)鍵零部件測試標(biāo)定臺架三維示意圖一。
[0034]圖5為基于本申請中一種燃料電池電堆陽極模擬裝置搭建的燃料電池氫氣子系統(tǒng)關(guān)鍵零部件測試標(biāo)定臺架三維示意圖二。
[0035]圖6為基于本申本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
【技術(shù)特征摘要】
1.一種燃料電池電堆陽極模擬裝置，其特征在于，包括：氫氣主流道(1)、第一比例閥(2)、加濕系統(tǒng)(3)、換熱系統(tǒng)(4)、氫氣消耗模擬組件(5)和電堆模擬器控制器，所述氫氣主流道(1)一端設(shè)置有電堆氫氣入口、相對的另一端設(shè)置有電堆氫氣出口，所述電堆氫氣入口用于通入氫氣，所述電堆氫氣入口處設(shè)置有第一溫度檢測器、第一壓力檢測器和第一濕度檢測器，所述電堆氫氣出口用于排出氫氣，所述電堆氫氣出口處設(shè)置有第二溫度檢測器、第二壓力檢測器和第二濕度檢測器，所述第一比例閥(2)設(shè)置在所述氫氣主流道(1)上，所述第一比例閥(2)用于通過控制開度模擬燃料電池電堆的氣體流阻，所述加濕系統(tǒng)(3)包括加濕器(34)，所述加濕器(34)輸出端連通濕度調(diào)整腔，所述濕度調(diào)整腔設(shè)置在所述氫氣主流道(1)上，所述換熱系統(tǒng)(4)包括板式換熱器(41)，所述板式換熱器(41)用于加熱所述氫氣主流道(1)內(nèi)流經(jīng)所述板式換熱器(41)的氫氣，所述氫氣消耗模擬組件(5)包括氣體支流道(51)、第二比例閥(52)和氣體質(zhì)量流量計(jì)(53)，所述氣體支流道(51)連通至所述第一比例閥(2)、所述加濕系統(tǒng)(3)之間的所述氫氣主流道(1)，所述氣體支流道(51)上設(shè)置有所述第二比例閥(52)、所述氣體質(zhì)量流量計(jì)(53)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種燃料電池電堆陽極模擬裝置，其特征在于，所述加濕系統(tǒng)(3)還包括第一水箱(31)、第一水泵(32)和第一液體質(zhì)量流量計(jì)(33)，所述第一水箱(31)連接所述第一水泵(32)，所述第一水泵(32)連接所述加濕器(34)，所述第一水泵(32)與所述加濕器(34)之間的流體管道上設(shè)置有所述第一液體質(zhì)量流量計(jì)(33)。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種燃料電池電堆陽極模擬裝置，其特征在于，所述加濕器(34)為離心式加濕器或超聲波加濕器。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種燃料...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：梁滿志，李海海，張思龍，孫珩凱，
申請(專利權(quán))人：蘇州博盛氫能源科技有限公司，
類型：發(fā)明
國別省市：
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