一种燃料电池发动机的测试台的制作方法

本实用新型属于燃料电池发动机领域，更具体地，涉及一种燃料电池发动机的测试台。

背景技术：

目前，大功率燃料电池发动机在测试时，需要控制其在不同功率下运行，以进行测试，其中，燃料电池发动机需要在怠速、额定功率或者超载时都处于恒定温度，但一般控制技术难以实现该目的，或者控制不精准。

公告号cn207250646u中，提供了一种燃料电池堆温度管理系统，包括燃料电池堆、升温回路以及降温回路；所述升温回路包括依次连接在所述燃料电池堆的出水端与进水端之间的水泵、颗粒过滤器以及电加热器；所述水泵的进水端与所述颗粒过滤器的出水端之间并联设置有水箱以及去离子罐；所述去离子罐靠近所述颗粒过滤器的一端设置有两通电磁阀；所述电加热器与所述颗粒过滤器之间设置有三通电磁阀，所述电加热器通过所述三通电磁阀并联有热交换器；所述降温回路与所述热交换器连接，用于降低所述燃料电池堆的温度；所述燃料电池堆的进水端设置有电导率传感器，所述燃料电池堆的冷却水出口端设置有温度传感器。

按照前述专利可以实现控温效果，不过，对于燃料电池发动机来说，燃料电池堆适宜工作温度和其辅件设备适宜工作温度不同，如果燃料电池堆和辅助设备共用相同的热交换回路，难以控制燃料电池堆和辅助设备分别处于适宜以自身工作的不同温度环境。

鉴于此，克服该现有技术所存在的缺陷是本技术领域亟待解决的问题。

技术实现要素：

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本实用新型提供了一种燃料电池发动机的测试台，其目的在于通过主循环水路和辅助循环水路将燃料电池和辅助设备的温度控制回路隔离开来，形成双回路温控，便于控制燃料电池和辅助设备分别处于适宜自身工作的温度下，避免在测试时对燃料电池和辅助设备造成损坏，还可以提高测试的准确性，由此解决燃料电池和辅助设备共用相同的热交换回路，难以控制燃料电池和辅助设备分别处于适宜以自身工作的不同温度环境的技术问题。

为实现上述目的，按照本实用新型的一个方面，提供了一种燃料电池发动机的测试台，所述测试台用于对燃料电池发动机进行测试，所述燃料电池发动机包括燃料电池和辅助设备，所述测试台包括：第一主循环水路、第二主循环水路和第一热交换板，所述第一主循环水路与所述第一热交换板的热通道连通，所述第二主循环水路与所述第一热交换板的冷通道连通；

其中，所述第一主循环水路适于连接于一燃料电池，所述第一主循环水路与所述第二主循环水路通过所述第一热交换板进行热交换，以实现所述燃料电池的温度控制；

所述测试台还包括：第一辅助循环水路、第二辅助循环水路和第二热交换板，所述第一辅助循环水路与所述第二热交换板的热通道连通，所述第二辅助循环水路与所述第二热交换板的冷通道连通；

其中，所述第一辅助循环水路适于连接于一辅助设备，所述第一辅助循环水路与所述第二辅助循环水路通过所述第二热交换板进行热交换，以实现所述辅助设备的温度控制。

优选地，所述第二主循环水路包括三通电动阀和主水泵；

所述三通电动阀包括进水口、第一出水口和第二出水口，所述三通电动阀的进水口适于连接于一冷却塔的出水端，所述三通电动阀的第一出水口与所述第一热交换板的进水端连接，所述三通电动阀的第二出水口适于连接于所述冷却塔的进水端；

所述主水泵的一端与所述三通电动阀的进水口连接，所述主水泵的另一端适于连接于所述冷却塔。

优选地，所述第二辅助循环水路包括三通电动阀和辅助水泵；

所述三通电动阀包括进水口、第一出水口和第二出水口，所述三通电动阀的进水口适于连接于一冷却塔的出水端，所述三通电动阀的第一出水口与所述第二热交换板的进水端连接，所述三通电动阀的第二出水口适于连接于所述冷却塔的进水端；

所述辅助水泵的一端与所述三通电动阀的进水口连接，所述辅助水泵的另一端适于连接于所述冷却塔。

优选地，所述测试台包括纯化柱和去离子泵，所述纯化柱与所述去离子泵串联，所述纯化柱与所述去离子泵所在的支路与所述第一主循环水路并联；

所述纯化柱用于过滤所述第一主循环水路中的导电离子；

所述去离子泵用于控制流过所述纯化柱的冷却水的速度。

优选地，所述第一主循环水路上设置有离子浓度传感器，所述离子浓度传感器用于检测所述第一主循环水路中的离子浓度，以控制所述去离子泵的运行状态。

优选地，所述第一主循环水路上设置有加热罐；

所述加热罐用于对所述第一主循环水路中的冷却水进行加热。

优选地，所述第一主循环水路的入口侧设置有入口温度传感器，所述第一主循环水路的出口侧设置有出口温度传感器；

其中，所述入口温度传感器用于检测流入所述燃料电池的冷却水的温度，以控制所述加热罐的加热状态；

所述出口温度传感器用于检测从所述燃料电池流出的水的温度，以控制所述第二主循环水路中的冷却水流经所述第一热交换板的开度大小。

优选地，所述第一辅助循环水路的入口侧设置有入口温度传感器，所述第一辅助循环水路的出口侧设置有出口温度传感器；

其中，所述入口温度传感器用于检测流入所述辅助设备的冷却水的温度；

所述出口温度传感器用于检测从所述辅助设备流出的水的温度，以控制所述第二辅助循环水路中的冷却水流经所述第二热交换板的开度大小。

优选地，所述测试台还包括第一水箱和第二水箱，所述第一水箱与所述第一主循环水路并联，所述第二水箱与所述第一辅助循环水路并联；

所述第一水箱用于对所述第一主循环水路进行补水，所述第二水箱用于对所述第一辅助循环水路补水。

优选地，所述辅助设备包括空气压缩机，所述空气压缩机用于向所述燃料电池提供压缩空气，所述测试台还包括中冷器，所述中冷器与所述第一辅助循环水路并联，所述中冷器适于连接于所述燃料电池；

所述中冷器用于对压缩空气进行降温。

总体而言，通过本实用新型所构思的以上技术方案与现有技术相比，具有如下有益效果：本实用新型提供一种燃料电池发动机的测试台，该测试台包括：第一主循环水路、第二主循环水路和第一热交换板，第一主循环水路与第一热交换板的热通道连通，第二主循环水路与第一热交换板的冷通道连通；该测试台还包括：第一辅助循环水路、第二辅助循环水路和第二热交换板，第一辅助循环水路与第二热交换板的热通道连通，第二辅助循环水路与第二热交换板的冷通道连通。在本实用新型中，通过第一主循环水路和第二主循环水路相互配合，调节燃料电池的冷却水的温度，通过第一辅助循环水路和第二辅助循环水路相互配合，调节辅助设备的冷却水的温度，将燃料电池和辅助设备的温度控制回路隔离开来，形成双回路温控，便于控制燃料电池和辅助设备分别处于适宜自身工作的温度下，避免在测试时对燃料电池和辅助设备造成损坏，还可以提高测试的准确性。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对本实用新型实施例中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面所描述的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本实用新型实施例提供的第一种燃料电池发动机的测试台的结构示意图；

图2是本实用新型实施例提供的第二种燃料电池发动机的测试台的结构示意图；

图3是本实用新型实施例提供的第三种燃料电池发动机的测试台的结构示意图；

图4是本实用新型实施例提供的第四种燃料电池发动机的测试台的结构示意图；

图5是基于本实用新型实施例的测试台对燃料电池发动机进行测试的流程示意图。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

在本实用新型的描述中，术语“内”、“外”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“顶”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型而不是要求本实用新型必须以特定的方位构造和操作，因此不应当理解为对本实用新型的限制。

此外，下面所描述的本实用新型各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

实施例1：

参阅图1，本实施例提供一种燃料电池发动机的测试台，所述测试台用于对燃料电池发动机进行测试，所述燃料电池发动机包括燃料电池和辅助设备，其中，辅助设备包括高压dc/dc和空气压缩机等辅助部件。

在本实施例中，所述测试台包括第一主循环水路、第二主循环水路和第一热交换板，所述第一主循环水路与所述第一热交换板的热通道连通，所述第二主循环水路与所述第一热交换板的冷通道连通。其中，前述的热交换板也可以用热交换器替换，该热交换板包括热媒进口和热媒出口，其中，热媒进口和热媒出口形成热通道，还包括冷媒进口和冷媒出口，冷媒进口和冷媒出口形成冷通道，第一主循环水路中的热流体与第二主循环水路中的冷流体进行热量交换。

其中，所述第一主循环水路适于连接于一燃料电池(燃料电池发动机所包含的燃料电池)，所述第一主循环水路与所述第二主循环水路通过所述第一热交换板进行热交换，以实现所述燃料电池的温度控制。

进一步地，所述测试台还包括第一辅助循环水路、第二辅助循环水路和第二热交换板，所述第一辅助循环水路与所述第二热交换板的热通道连通，所述第二辅助循环水路与所述第二热交换板的冷通道连通。其中，前述的热交换板也可用热交换器替换，该热交换板包括热媒进口和热媒出口，其中，热媒进口和热媒出口形成热通道，还包括冷媒进口和冷媒出口，冷媒进口和冷媒出口形成冷通道，第一辅助循环水路中的热流体与第二辅助循环水路中的冷流体进行热量交换。

其中，所述第一辅助循环水路适于连接于一辅助设备(燃料电池发动机所包含的辅助设备)，所述第一辅助循环水路与所述第二辅助循环水路通过所述第二热交换板进行热交换，以实现所述辅助设备的温度控制。

在本实施例中，通过第一主循环水路和第二主循环水路相互配合，调节燃料电池的冷却水的温度，通过第一辅助循环水路和第二辅助循环水路相互配合，调节辅助设备的冷却水的温度，将燃料电池和辅助设备的温度控制回路隔离开来，形成双回路温控，便于控制燃料电池和辅助设备分别处于适宜自身工作的温度下，避免在测试时对燃料电池和辅助设备造成损坏，还可以提高测试的准确性。

在实际应用场景下，在燃料电池的功率处于变化的情况下，或者燃料电池长时间轻载控制，燃料电池对应的温度不稳定，需要依据燃料电池的功率变化，调节水路的降温效果。此外，针对不同功率的燃料电池发动机，其所适宜的水温也有所差异。

为了保证本实施例的测试台能够适用于不同功率的燃料电池发动机，且能够随着燃料电池的功率变化自适应调节温控效果，在优选的方案中，通过三通电动阀控制进入热交换板的水流量，以调节不同功率的燃料电池能够处于自身适宜的温度下。

下面结合图2，说明第二主循环水路和第二辅助循环水路的具体结构。

在本实施例中，所述第二主循环水路包括三通电动阀和主水泵；所述三通电动阀包括进水口、第一出水口(图2中的a口)和第二出水口(图2中的b口)，所述三通电动阀的进水口适于连接于一冷却塔的出水端，所述三通电动阀的第一出水口与所述第一热交换板的进水端连接，所述第一热交换板的出水端适于连接于所述冷却塔的进水端，所述三通电动阀的第二出水口适于连接于所述冷却塔的进水端；所述辅助水泵的一端与所述三通电动阀的进水口连接，所述辅助水泵的另一端适于连接于所述冷却塔，所述主水泵用于精确调节水流量速度大小，达到精确温控的效果。所述冷却塔是用水作为循环冷却剂，从一系统中吸收热量排放至大气中，以降低水温的装置，循环水路中的冷却水流经冷却塔与外界热交换，增加散热效率。

其中，在实际测试中，智能控制第一出水口的开度，以调节进入第一热交换板的水流量，也就能控制不同功率的燃料电池的工作温度，再通过主水泵的转速调节水流速率，以调节温度平稳。其中，第一出水口的开度与所述第二出水口的开度互补，在此，举例说明一下，第一出水口处于不同开度下，所形成的的水流回路的差异，例如，第一出水口全开，第二出水口全关，此种情况下，水流从冷却塔流出，全部进入第一热交换板进行热量交换；第一出水口全关，第二出水口全开，此种情况下，水流从冷却塔流出，全部从第二出水口再次流回冷却塔中，没有水流进入第一热交换板中进行热量交换；第一出水口和第二出水口均处于部分被打开的状态，此种情况下，水流从冷却塔流出后，部分水流从第二出水口再次流回冷却塔中，部分水流进入第一热交换板中进行热量交换。关于第一出水口的开度大小依据燃料电池发动机的工作电流而智能设置。

在本实施例中，所述第二辅助循环水路包括三通电动阀和辅助水泵；所述三通电动阀包括进水口、第一出水口(图2中的a口)和第二出水口(图2中的b口)，所述三通电动阀的进水口适于连接于一冷却塔的出水端，所述三通电动阀的第一出水口与所述第二热交换板的进水端连接，所述第二热交换板的出水端适于连接于所述冷却塔的进水端，所述三通电动阀的第二出水口适于连接于所述冷却塔的进水端；所述辅助水泵的一端与所述三通电动阀的进水口连接，所述辅助水泵的另一端适于连接于所述冷却塔，所述辅助水泵用于精确调节水流量速度大小，达到精确温控的效果。

其中，在实际测试中，智能控制第一出水口的开度，以调节进入第二热交换板的水流量，也就能控制辅助设备的工作温度，再通过辅助水泵的转速调节水流速率，以调节温度平稳。

关于三通电动阀的开度设置情况，请参照前述描述，在此，不再赘述。

在优选的方案中，所述冷却塔侧设置有水泵，通过水泵调节水流速度，从而调节流入循环水路的水流量速度，达到智能温控调节的目的。

在本实施例中，基于测试台能控制燃料电池发动机处于不同功率恒定运行的水温要求，从而得出燃料电池发动机更加全面的性能数据，提高其安全性；同时，还可以适用于不同额定功率燃料电池发动机的测试，适用范围更宽，避免了研发和生成中需要搭建多种测试平台的麻烦。

在实际应用场景下，在燃料电池运行时，除去冷却水中离子的速率需可控的，例如，新加入和长时间放置后的冷却水离子浓度高，需要快速除去，而其他时候除去离子速率可以慢些或者不去除。为了能够实现前述功能，参阅图3，在优选的实施中，所述测试台包括纯化柱和去离子泵，所述纯化柱与所述去离子泵串联，所述纯化柱与所述去离子泵所在的支路与所述第一主循环水路并联；所述纯化柱用于过滤所述第一主循环水路中的导电离子；所述去离子泵用于控制流过所述纯化柱的冷却水的速度。

此外，所述第一主循环水路上设置有离子浓度传感器，其中，离子浓度传感器位于燃料电池的主水路进口位置，反映进入燃料电池内冷却水的离子浓度。所述离子浓度传感器用于检测所述第一主循环水路中的离子浓度，以控制所述去离子泵的运行状态，其中，去离子泵的运行状态可以为100％运行、50％运行或关闭。

在本实施例中，能够根据冷却水中的离子浓度(金属离子或其他导电离子)，智能控制去离子泵的运行状态，从而控制冷却水流过纯化柱的速度，对冷却水进行过滤，保证燃料电池中质子交换膜传导率。

在本实施例中，由于燃料电池是热启动器件，需要在适宜的温度下，燃料电池才能够启动，因此，继续参阅图3，所述第一主循环水路上设置有加热罐；所述加热罐用于对所述第一主循环水路中的冷却水进行加热，使得冷却水的温度达到设定的温度，其中设定的温度依据燃料电池的规格而定。

在实际使用中，当去离子泵运行时，所述第一主循环水路中的一部分水流入纯化柱所在的支路，进行过滤；一部分水流入加热罐所在的支路，进行加热。

进一步地，所述第一主循环水路的入口侧设置有入口温度传感器，所述第一主循环水路的出口侧设置有出口温度传感器；其中，所述入口温度传感器用于检测流入所述燃料电池的冷却水的温度，以控制所述加热罐的加热状态；所述出口温度传感器用于检测从所述燃料电池流出的水的温度，以控制所述第二主循环水路中的冷却水流经所述第一热交换板的开度大小。

在实际使用中，入口温度传感器用来检测进入燃料电池的冷却水的温度，要确保循环水路中的水温比设定温度低才能降温；出口温度传感器代表燃料电池内部温度，用来实时检测燃料电池内部温度，一是用于保护燃料电池，二是用来控制内部温度到达设定温度。

所述第一辅助循环水路的入口侧设置有入口温度传感器，所述第一辅助循环水路的出口侧设置有出口温度传感器；其中，所述入口温度传感器用于检测流入所述辅助设备的冷却水的温度；所述出口温度传感器用于检测从所述辅助设备流出的水的温度，以控制所述第二辅助循环水路中的冷却水流经所述第二热交换板的开度大小。

其中，入口温度传感器和出口温度传感器分别置于燃料电池发动机系统进出口端，尽量靠近燃料电池堆，更能接近电堆实际温度，同理，辅助水路的进出口温度传感器位于辅助设备水路进出口端，更真实反应辅助设备的内部温度。

在本实施例中，所述测试台还包括第一水箱和第二水箱，所述第一水箱与所述第一主循环水路并联，所述第二水箱与所述第一辅助循环水路并联；所述第一水箱用于对所述第一主循环水路进行补水，所述第一水箱还用于排出循环水路中的水泡，所述第二水箱用于对所述第一辅助循环水路补水。

在实际应用场景下，所述辅助设备包括空气压缩机，所述空气压缩机用于向所述燃料电池提供压缩空气，空气压缩机不仅能够通过自身的热交换回路进行热交换，经空气压缩机被压缩的空气也可通过辅助循环水路进行热交换后，再通入燃料电池堆。继续参阅图4，所述测试台还包括中冷器，所述中冷器与所述第一辅助循环水路并联，所述中冷器适于连接于所述燃料电池；所述中冷器用于对压缩空气进行降温，其中，在对应燃料电池的空气入口处可以设置一入口温度传感器，用于检测流入燃料电池的空气温度，以智能控制所述中冷器的工作状态。

实施例2：

结合实施例1，下面结合具体实例说明一下基于测试台对燃料电池发动机进行测试的主要流程。

如图5所示，燃料电池发动机启动后，冷却水将并行进行三种回路控制：

(1)燃料电池发动机系统判断主水路(第一循环水路)出口温度是否大于25℃，若出口温度不大于25℃，启动加热罐将第一主循环水路中的水温加热至25℃后停止加热，再根据燃料电池发动机的不同电流设定第二主循环水路中三通电动阀的开度，例如，当发动机电流为34a，电压为600v时，控制电动阀开度到18v(三通电动阀开度是24v信号，24v时第一出水口全开，7v时第一出水口全关)，当电流再增大时，继续控制三通电动阀的第一出水口的开度增大。其中，三通电动阀的开度增大，流过热交换板的外部冷却水流量增大，其散热功率增大，这样满足不同功率燃料电池发动机外部散热功率。

进一步，再通过控制主水泵转速1000～4000r/min，使第一主循环水路的出口温度控制在65℃～70℃范围内。

(2)首先，根据发动机的电流设定第二辅助循环水路中三通电动阀的开度，例如，当发动机电流为34a，电压为600v时，控制电动阀开度到18v(三通电动阀开度是24v信号，24v时第一出水口全开，7v时第一出水口全关)，当电流再增大时，继续控制三通电动阀的第一出水口的开度增大。然后，判断第一辅助循环水路出口温度是否大于40℃，如果大于，则启动第二辅助循环水路中的辅助水泵，控制其转速为1000～4000r/min，使第一辅助循环水路的出口温度控制在45℃～50℃范围内。

(3)发动机启动后，判断第一主循环水路中冷却水的离子浓度是否大于8us/cm，如果大于，则启动去离子泵100％运行，否则进一步判断离子浓度是否大于5us/cm，如果大于，则启动去离子泵50％运行，否则停止去离子泵运行。同时去离子水泵运行的快慢不仅可以实现去离子速率的调节，还可以将水路管道内的气泡快速去除。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。