一种用于燃料电池电堆测试的阴极氧含量分配系统的制作方法

本技术涉及燃料电池测试，尤其是涉及一种用于燃料电池电堆测试的阴极氧含量分配系统。

背景技术：

1、燃料电池的性能对其阴极表面的氧分压非常敏感，在高海拔地区，由于空气压力整体降低，氧分压也会按比例下降；另一方面，在相同的电流密度下，电堆生成水的量是一定的，水的饱和蒸汽压几乎只受温度的影响，因此电堆的工作温度会通过水的蒸汽压来影响氧分压，通过系统模拟氧气分压和氧气百分比可以测试不同氧分压和氧含量下电堆性能。

2、经过检索，中国发明专利申请cn112068001a公开了一种质子交换膜燃料电池测试台进气和尾排系统，该系统通过混配罐可实现阴阳极不同气体成分的组合，如阴极氧气、空气和氮气不同比例的组合模拟高原缺氧环境或密闭空间富氧环境。

3、但是，上述的阴极含氧量分配没有考虑到对混合含氧气体的温度进行控制，对于燃料电池电堆测试存在一定局限性。

技术实现思路

1、本实用新型的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种用于燃料电池电堆测试的阴极氧含量分配系统，该系统可精确控制氮气、氧气和空气的混合比例，从而在空气侧获得氧分压比例连续可调的总气体，以此达到便捷的模拟不同氧含量和氧分压下电堆的输出特性及效率。

2、本实用新型的目的可以通过以下技术方案来实现：

3、本实用新型提供了一种用于燃料电池电堆测试的阴极氧含量分配系统，所述系统包括接入燃料电池电堆阴极进气口的空气进气主路、分别接入所述空气进气主路以调节空气进气主路含氧量的氧气接入支路和氮气接入支路，以及从燃料电池电堆阴极出气口接出的尾气处理主路；

4、所述空气进气主路包括依次连通的第一质量流量控制器、加湿模块和控温模块；所述氧气接入支路和氮气接入支路接入至进入所述加湿模块之前的空气进气主路；

5、所述氧气接入支路包括依次连通的第二质量流量控制器和第一电磁阀，所述第一电磁阀的输出端接至所述空气进气主路；所述氮气接入支路包括依次连通的第三质量流量控制器和第二电磁阀，所述第二电磁阀的输出端接至所述空气进气主路；

6、所述燃料电池电堆阴极进气口、出气口的管道上均设置有温度传感器和压力传感器。

7、优选地，所述控温模块包括用于给经过加湿模块后的混合气体升温的第一板式换热器；混合气体经过第一板式换热器的冷侧管道，所述第一板式换热器的热侧出口依次经过水箱、加热器、用于给混合气体降温的第二板式换热器的热侧管道、水泵后，连接至所述第一板式换热器的热侧进口，构成热侧回路；所述第二板式换热器的冷侧接入带有比例阀的冷水管路。

8、优选地，所述尾气处理主路包括依次连通的降温模块、背压比例阀和水气分离装置。

9、优选地，所述降温模块包括第三板式换热器；

10、燃料电池电堆阴极出气口输出的尾气接入所述第三板式换热器的热侧，所述第三板式换热器的冷侧接入带有比例阀的冷水管路。

11、优选地，所述加湿模块包括用于控制分配湿气体和干气体混合比例的电动三通阀、用于检测湿气体和干气体混合比例的质量流量计和电磁阀以及气体加湿子模块；

12、混合气体后的空气进气主路接至所述电动三通阀的输入端，所述电动三通阀的第一输出端接至质量流量计，所述电动三通阀的第二输出端接至气体加湿子模块的输入端，所述气体加湿子模块的输出端通过所述电磁阀接回至经过所述质量流量计后的空气进气主路。

13、优选地，所述电动三通阀为外接pid控制器的电动三通阀。

14、优选地，所述气体加湿子模块包括用于对混合气体进行喷淋加湿的加湿罐，所述加湿罐外接有循环水管路。

15、优选地，所述循环水管路上设置有用于控制回路流量和压力的变频水泵，所述变频水泵的出口处设置有压力传感器。

16、优选地，所述循环水管路上还设置有用于控制回路温度的加热器和板式换热器；所述板式换热器的热侧出口设置有温度传感器，所述板式换热器冷侧出口设置有比例阀。

17、优选地，所述空气进气主路、氧气接入支路和氮气接入支路的气体入口处均设置有用于减压和过滤气体杂质的气体预处理模块；所述气体预处理模块包括减压阀和过滤器。

18、与现有技术相比，本实用新型具有以下优点：

19、1)本实用新型设计的用于燃料电池电堆测试的阴极氧含量分配系统，在保证了含氧量模拟的前提下，可同时实现对气体温度、湿度、压力、气体流量精确控制；

20、2)本实用新型设计的用于燃料电池电堆测试的阴极氧含量分配系统，在空气进气主路上设置基于板式换热器的控温模块，可实现对进燃料电池电堆的混合气体温度进行精确控制；

21、3)通过空气进气主路、氧气接入支路以及氮气接入支路，采用质量流量控制器精确的控制氮气、氧气和空气的混合比例，可以对0％至100％氧含量模拟，从而在空气侧获得氧分压比例连续可调的总气体，以此达到便捷的模拟不同氧含量和氧分压下电堆的输出特性及效率；

22、4)通过空气进气主路与氮气或氧气的混合方式，更节约；

23、5)通过外接pid控制器的电动三通阀可以精确控制湿度，通过干湿混合可模拟冷启动状态下由于温度较低，空气较为干燥的状态；

24、6)尾气处理主路中的降温模块以及水汽分离装置，保障了实验室的测试安全。

技术特征：

1.一种用于燃料电池电堆测试的阴极氧含量分配系统，所述系统包括接入燃料电池电堆阴极进气口的空气进气主路(1)、分别接入所述空气进气主路(1)以调节空气进气主路(1)含氧量的氧气接入支路(2)和氮气接入支路(3)，以及从燃料电池电堆阴极出气口接出的尾气处理主路(4)，其特征在于：

2.根据权利要求1所述的一种用于燃料电池电堆测试的阴极氧含量分配系统，其特征在于，所述控温模块(13)包括用于给经过加湿模块(12)后的混合气体升温的第一板式换热器(131)；混合气体经过第一板式换热器(131)的冷侧管道，所述第一板式换热器(131)的热侧出口依次经过水箱(132)、加热器(133)、用于给混合气体降温的第二板式换热器(134)的热侧管道、水泵(135)后，连接至所述第一板式换热器(131)的热侧进口，构成热侧回路；所述第二板式换热器(134)的冷侧接入带有比例阀的冷水管路。

3.根据权利要求1所述的一种用于燃料电池电堆测试的阴极氧含量分配系统，其特征在于，所述尾气处理主路(4)包括依次连通的降温模块(41)、背压比例阀(42)和水气分离装置(43)。

4.根据权利要求3所述的一种用于燃料电池电堆测试的阴极氧含量分配系统，其特征在于，所述降温模块(41)包括第三板式换热器(411)；

5.根据权利要求1所述的一种用于燃料电池电堆测试的阴极氧含量分配系统，其特征在于，所述加湿模块(12)包括用于控制分配湿气体和干气体混合比例的电动三通阀(121)、用于检测湿气体和干气体混合比例的质量流量计(122)和电磁阀(123)以及气体加湿子模块(124)；

6.根据权利要求5所述的一种用于燃料电池电堆测试的阴极氧含量分配系统，其特征在于，所述电动三通阀(121)为外接pid控制器的电动三通阀。

7.根据权利要求5所述的一种用于燃料电池电堆测试的阴极氧含量分配系统，其特征在于，所述气体加湿子模块(124)包括用于对混合气体进行喷淋加湿的加湿罐，所述加湿罐外接有循环水管路。

8.根据权利要求7所述的一种用于燃料电池电堆测试的阴极氧含量分配系统，其特征在于，所述循环水管路上设置有用于控制回路流量和压力的变频水泵，所述变频水泵的出口处设置有压力传感器。

9.根据权利要求8所述的一种用于燃料电池电堆测试的阴极氧含量分配系统，其特征在于，所述循环水管路上还设置有用于控制回路温度的加热器和板式换热器；所述板式换热器的热侧出口设置有温度传感器，所述板式换热器冷侧出口设置有比例阀。

10.根据权利要求1所述的一种用于燃料电池电堆测试的阴极氧含量分配系统，其特征在于，所述空气进气主路(1)、氧气接入支路(2)和氮气接入支路(3)的气体入口处均设置有用于减压和过滤气体杂质的气体预处理模块；所述气体预处理模块包括减压阀和过滤器。

技术总结
本技术涉及一种用于燃料电池电堆测试的阴极氧含量分配系统，包括接入燃料电池电堆阴极入口的空气进气主路、分别接入所述空气进气主路以调节含氧量的氧气接入支路和氮气接入支路，以及从燃料电池电堆阴极出口接出的尾气处理主路；所述空气进气主路包括依次连通的空气流量控制器、加湿模块和控温模块。与现有技术相比，本技术在保证了系统模拟的前提下，满足了对温度、湿度、流量以及压力的精确控制，采用的降温装置和水汽分离装置保障了测试安全。

技术研发人员：孙贺,景秀辉,卢金阳,王永湛,甘全全,戴威
受保护的技术使用者：上海神力科技有限公司
技术研发日：20220831
技术公布日：2024/1/12