一种燃料电池氢气供应循环装置快速响应能力的测试系统的制作方法

本发明涉及氢燃料电池技术领域，尤其涉及一种燃料电池氢气供应循环装置快速响应能力的测试系统。

背景技术：

为了提高氢气利用率，降低燃料电池发电成本，并且获得更高的电堆性能，往往对电池堆阳极氢气进行闭端操作。常见的燃料电池的氢气闭端技术为氢气循环模式。

氢气循环的方法可以保证燃料电池的高效、稳定运行，又能将燃料电池中生成水排放到电池外部，即氢气把电堆内部生成的水带出后，经气水分离装置将液态水与氢气分离，再将氢气循环送回到电堆阳极重复使用，同时对进入电堆的新鲜氢气进行增湿，以提高氢气利用率。对于氢气循环模式的质子交换膜燃料电池来说，通过各个运行参数的耦合优化，保证燃料电池处于稳定高效的水、气平衡状态至关重要。

氢气循环操作模式可以强制氢气在电池内部均匀分配，提高燃料电池的使用寿命。同样的，在氢气循环过程中，燃料氢气中的杂质以及阴极空气中的n2和反应产生的水透过质子交换膜会在阳极累积，长时间运行后造成氢气分压的降低，并且产生的液态水会阻碍氢气与催化剂层的接触，造成电池堆电压下降，甚至局部h2饥饿甚至会引起mea的电化学腐蚀，导致电池堆性能的不可逆下降，因此需要在运行过程中间歇性打开排氢电磁阀排气（水），排出累积在阳极的杂质、n2和水，但此过程也会造成一部分氢气的浪费。因此，氢气高效利用技术需要对运行压力、运行温度进行优化，进行阀门流量系数与系统操作条件的匹配，并且对于阀门打开的吹扫时长、吹扫间隔、吹扫流量、吹扫体积等进行优化，以实现在不损失电池堆性能的前提下提高氢气的利用效率。

技术实现要素：

本发明的目的是为了解决上述现有技术存在的问题，提供一种燃料电池氢气供应循环装置快速响应能力的测试系统，其能够有效测试燃料电池氢气供应循环装置的快速响应能力，并有助于氢气供应循环装置的性能测试以及控制器吹扫策略的优化。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种燃料电池氢气供应循环装置快速响应能力的测试系统，包括高压氢瓶、减压阀、第一开关阀、储气罐、第一压力调节阀、第一三通阀、比例阀、第二三通阀、排氢阀、第二开关阀；所述减压阀连接高压氢瓶和第一开关阀，所述第一开关阀和储气罐之间连接待测供氢循环装置，所述第一压力调节阀连接储气罐和第一三通阀，所述第一三通阀的一端连接所述比例阀，所述第一三通阀的另一端连接所述第二三通阀，所述第二三通阀的一端连接所述排氢阀，所述第二三通阀的另一端与所述待测供氢循环装置之间连接待测回氢装置。

本发明通过储气罐、第一压力调节阀和模拟消耗的比例阀来模拟电堆的内部环境及氢气消耗，通过排氢阀模拟燃料电池系统运行时的氢压波动，从而快速建立所需测试的条件，确保测试的效率及测试结果的可靠性。

作为本发明优选，所述第二三通阀与待测回氢装置之间设有第二压力调节阀。所述第二压力调节阀用于模拟电堆出口至供氢循环装置入口的背压（主要是汽水分离器的压损和连接管路的管损），从而提高测试结果的准确性。

作为本发明优选，所述第二压力调节阀的一端连接所述第二三通阀，另一端连接有第三三通阀；所述第三三通阀的一端连接有第二开关阀和待测引射器回氢装置，所述第三三通阀的另一端连接有第三开关阀和待测回氢泵回氢装置。所述结构提供了两路测试通道，通过控制两个开关阀的开闭，可以分别测试引射器回氢装置和回氢泵回氢装置的性能。

作为本发明优选，所述第一开关阀与待测供氢循环装置之间设有第一流量计、第一压力计和第一温度计。用于检测工作气体的流量、压力和温度。

作为本发明优选，所述待测供氢循环装置与储气罐之间设有第二压力计和第二温度计。用于检测待测供氢循环装置出口的气体压力和温度。

作为本发明优选，所述第二开关阀与待测引射器回氢装置之间设有第二流量计、第三压力计和第三温度计。用于检测气体进入待测引射器回氢装置之前的流量、压力和温度。

作为本发明优选，所述第三开关阀与待测回氢泵回氢装置之间设有第三流量计、第四压力计和第四温度计。用于检测气体进入待测回氢泵回氢装置之前的流量、压力和温度。

作为本发明优选，所述第三开关阀与待测回氢泵回氢装置之间还设有压力传感器。用于反馈气体压力数据给回氢泵回氢装置，以便回氢泵回氢装置调节适当的输出功率。

本发明的优点是：通过储气罐、压力调节阀和模拟消耗的比例阀模拟电堆的内部环境及氢气消耗，通过排氢阀模拟燃料电池系统运行时的氢压波动，通过两路测试通道，可以分别测试引射器回氢装置和回氢泵回氢装置的性能。并且，本发明可以快速完成供氢循环装置的回氢口和出口的温度、压力条件建立，使用方便，调节精度高，建立实验条件快。

附图说明

图1为本发明一种燃料电池氢气供应循环装置快速响应能力的测试系统的原理图。

1-减压阀；2-第一开关阀；3-待测供氢循环装置；4-储气罐；5-第一压力调节阀；6-比例阀；7-排氢阀；8-第二压力调节阀；9-第二开关阀；10-第三开关阀；11-第一流量计；12-第一压力计；13-第一温度计；14-第二压力计；15-第二温度计；16-第二流量计；17-第三压力计；18-第三温度计；19-第三流量计；20-第四压力计；21-第四温度计；22-压力传感器；23-第一三通阀；24-第二三通阀；25-第三三通阀。

具体实施方式

下面将结合附图和具体实施方式对本发明做进一步的详细说明。

如图1所示，一种燃料电池氢气供应循环装置快速响应能力的测试系统，由高压氢瓶进行供气，通过减压阀1与第一开关阀2相连接；第一开关阀2与待测供氢循环装置3的进气口相连，二者之间设有第一流量计11、第一压力计12、第一温度计13，分别检测工作气体的流量、压力、温度；待测供氢循环装置3的出口连接储气罐4，二者之间设有第二压力计14、第二温度计15，分别测试待测供氢循环装置3出口的压力和温度；储气罐出口连接第一压力调节阀5，通过第一压力调节阀5模拟电堆内部的背压变化；第一压力调节阀5出口连接第一三通阀23，第一三通阀23的一个出口连接模拟消耗的比例阀6，用于精准控制氢气消耗量；第一三通阀23的另一个出口连接第二三通阀24；第二三通阀24的一个出口连接排氢阀7，用于模拟排氢动作，测试供氢循环装置3的快速响应能力及压力稳定性；第二三通阀24的另一个出口连接第二压力调节阀8，第二压力调节阀8用于模拟电堆出口至供氢循环装置3入口的背压（主要是汽水分离器的压损和连接管路的管损）。

第二压力调节阀8出口连接第三三通阀25，第三三通阀25的一个出口连接引射器测试通道，包含第二开关阀9、第二流量计16、第三压力计17、第三温度计18，引射器测试通道出口连接待测引射器回氢装置；第三三通阀25的另一出口连接回氢泵测试通道，包含第三开关阀10、第四流量计19、第四压力计20、第四温度计21，以及一个含有压力反馈的压力传感器22，用于反馈气体压力数据给待测回氢泵回氢装置，以便回氢泵回氢装置调节适当的输出功率，回氢泵测试通道出口连接待测回氢泵回氢装置。使用一个测试通道时，另一个通道的开关阀关闭。

综上所述，本测试系统的操作方法为：以引射器测试通道为例，先打开模拟消耗的比例阀6，并控制开度50%，然后调节减压阀1至待测供氢循环装置需要的前端压力，再打开第一开关阀2，运行待测供氢循环装置3，并控制其输出指定的压力。接着观察第一流量计11的流量值，通过控制比例阀6的开度控制第一流量计11的流量达到指定的流量；观察第二压力计14与第三压力计17的压力差，通过控制第二压力调节阀8使压力差达到指定的目标值，此时观察第二流量计16的流量值，即可得到回氢流量的实测值，与第一流量计11测得的主流流量对比即可得到回氢能力。最后，通过一定的开关频率控制排氢阀7，可以通过观察第二压力计14的压力波动，判断待测供氢循环装置3快速响应的能力。

本发明通过储气罐、压力调节阀和模拟消耗的比例阀模拟电堆的内部环境及氢气消耗，通过排氢阀模拟燃料电池系统运行时的氢压波动，通过两路测试通道，可以分别测试引射器回氢装置和回氢泵回氢装置的性能。并且，本发明通过对氢气管路的主流量、回氢流量、进堆压力等关键参数的测量，进而对进出口氢气的压降、供应量等控制参数进行匹配，快速完成供氢循环装置的回氢口和出口的温度、压力条件建立，同时使用方便，调节精度高，建立实验条件快，测试结果可靠。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，该具体实施方式是基于本发明整体构思下的一种实现方式，而且本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。