燃料电池系统氢气置换测试系统及平台的制作方法

1.本实用新型属于新能源技术领域，尤其是涉及一种燃料电池系统氢气置换测试系统及平台。


背景技术：

2.氢能有着能量容量高、环境友好性等优点，在众多低温室气体排放能源方案中，它被认为是一种具有应用潜力的能量载体。氢燃料电池是一种将氢能直接转换为电能的无污染型驱动电源，它的出现有望解决运输行业的污染气体排放问题。质子交换膜燃料电池（pemfcs）具有功率密度大、快速启动、噪音小、运行温度低、易于操作、相对安全等优点，是能源领域中，特别是运输行业最有前途的候选电源。燃料电池系统是以燃料电池为核心，与氢气子系统、空气子系统、冷却水系统、控制系统等组成的发电系统，在整车、备用电源等应用中起着动力电源的作用。
3.在燃料电池系统出厂前需要对产品进行发电检测，判断其是否可以正常工作。对氢腔的捡漏、气体置换是必不可少的步骤，基于安全考虑，一种正确的测试流程应该为氮气置换、氮气保压、氢气置换、氢气保压。氢气的渗透压很强，首先进行氮气置换、氮气保压，一方面可以吹扫干净氢腔中的氧气及其他杂质气体，另一方面可以排除大的泄露问题，提高测试的安全性。对于氢气置换步骤一定要置换完全，如果在测试过程中阳极侧氢气供应不足，或者阳极侧氢气纯度不高，特别是在燃料电池系统启动时候，容易出现反极现象，对膜电极造成不可逆的损伤，从而造成大的经济损失，所以在测试前对发动机的氢腔进行氢气置换过程是必不可少的步骤，而在该过程中尾气排出为纯氢气，氢气的爆炸极限为4.0%~75.6%，遇火源就会爆炸，存在较大的安全隐患。如果同时对多台燃料电池系统进行测试，同时进行氢气置换步骤，尾气排出的氢气浓度更高，引发的安全问题会更加严重。
4.现有技术中公开了一种燃料电池的氢腔气体置换控制方法及其氢腔置换系统，方法为在燃料电池启动前估计氢腔内初始非氢气体量：根据初始非氢气体量与电堆电流加载时氢腔所能允许的最大非氢气体量之差得到置换时所需排出的最小非氢气体排出量。开启排氢阀对氢腔进行排气操作，直到非氢排气气体量大于或等于最小非氢气体排出量。
5.以及一种用于降低燃料电池系统尾排氢气浓度的系统，该系统中，空压机的输出端连接中冷器的输入端，中冷器的输出端连接电子三通阀的输入端，电子三通阀的第一输出端和第二输出端分别连接增湿器的第一输入端和背压阀输入端，增湿器的第一输出端连接节气门一的输入端，节气门一的输出端连接电堆的输入端，电堆的第一输出端连接节气门二的输入端， 电堆的第二输出端连接气水分离器的输入端，节气门二的输出端连接增湿器的第二输入端，增湿器的第二输出端连接背压阀的输入端，背压阀的输出端和气水分离器的输出端均连接消音器。
6.但上述技术仅适用于燃料电池汽车运行场景中，降低了车辆在运行过程中尾排的氢气浓度。运行中的车辆处于开发的环境中，不存在测试过程中因测试空间有限造成氢气爆炸的问题。


技术实现要素：

7.针对现有技术中存在的问题，本实用新型提供了一种燃料电池系统氢气置换测试系统及平台，至少部分的解决现有氢气置换测试中爆炸造成的安全风险。
8.第一方面，本公开实施例提供了燃料电池系统氢气置换测试系统，包括：电堆、氢气通道、空气通道、氢空混合腔和氢气主路；
9.所述氢气通道与电堆的氢气进气口连通，所述氢气主路的一端与电堆的氢气出气口连通，所述氢气主路的另一端与氢空混合腔连通，所述空气通道与氢空混合腔连通。
10.可选的，所述氢气通道，包括氢气减压阀和氢喷，所述氢气减压阀的出口通过管道与氢喷的入口连通，所述氢喷的出口与电堆的氢气进气口连通。
11.可选的，所述空气通道，包括空压机和三通阀，所述空压机的出口与三通阀的入口通过管道连通，所述三通阀的一个出口通过管道与电堆的空气进气口连通，所述三通阀的另一个出口通过空排辅路与氢空混合腔的入口连通。
12.可选的，所述三通阀为电控三通阀。
13.可选的，还包括电源，所述电源与空压机电连接。
14.可选的，还包括空气主路，所述空气主路的一端与电堆的空气出口连通，所述空气主路的另一端与氢空混合腔的入口连通。
15.可选的，所述氢气主路上设置尾排阀门。
16.可选的，还包括储氢设备，所述储氢设备与氢气通道的入口连通。
17.可选的，还包括储氮设备，所述储氮设备与氢气通道的入口连通。
18.第二方面，本公开实施例还提供了一种燃料电池系统氢气置换测试平台，包括：第一方面任一所述的燃料电池系统氢气置换测试系统。
19.本实用新型提供的燃料电池系统氢气置换测试系统及平台。其中该燃料电池系统氢气置换测试系统，通过设置氢空混合腔，并将氢气主路和空气通道均与氢空混合腔连通，在氢空混合腔中对电堆排放的氢气进行稀释，将氢气浓度降低到安全范围内，从而达到提高测试安全的目的。
附图说明
20.通过结合附图对本公开示例性实施例进行更详细的描述，本公开的上述以及其它目的、特征和优势将变得更加明显，其中，在本公开示例性实施例中，相同的参考标号通常代表相同部件。
21.图1为本公开实施例提供的一种燃料电池系统氢气置换测试系统的结构示意图
22.1-高压氢源；2-氢气减压阀；3-氢喷；4-氢空混合腔；5-电控三通阀；6-空压机；7-电源；8-氢气主路；9-空气主路；10-空排辅路；11-尾排阀门；12-电堆。
具体实施方式
23.下面结合附图对本公开实施例进行详细描述。
24.应当明确，以下通过特定的具体实例说明本公开的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本公开的其他优点与功效。显然，所描述的实施例仅仅是本公开一部分实施例，而不是全部的实施例。本公开还可以通过另外不同的具体实施
方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本公开的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。基于本公开中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本公开保护的范围。
25.需要说明的是，下文描述在所附权利要求书的范围内的实施例的各种方面。应显而易见，本文中所描述的方面可体现于广泛多种形式中，且本文中所描述的任何特定结构及/或功能仅为说明性的。基于本公开，所属领域的技术人员应了解，本文中所描述的一个方面可与任何其它方面独立地实施，且可以各种方式组合这些方面中的两者或两者以上。举例来说，可使用本文中所阐述的任何数目个方面来实施设备及/或实践方法。另外，可使用除了本文中所阐述的方面中的一或多者之外的其它结构及/或功能性实施此设备及/或实践此方法。
26.还需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本公开的基本构想，图式中仅显示与本公开中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。
27.另外，在以下描述中，提供具体细节是为了便于透彻理解实例。然而，所属领域的技术人员将理解，可在没有这些特定细节的情况下实践所述方面。
28.名词解释：
29.发电检测：出厂前检测燃料电池发动机是否可以正常工作。
30.气体置换：气体置换是用置换气体给容器增压，保留一段时间后再排出气体，以此将原气体含量降低到技术标准要求以内。
31.氢喷：车用燃料电池系统阳极供氢组件，可实现控制氢气流量、压力功能。
32.空压机：为燃料电池系统提供特定流量及压力的洁净空气。
33.如图1所示，本实施例公开了一种燃料电池系统氢气置换测试系统，包括：电堆、氢气通道、空气通道、氢空混合腔和氢气主路；
34.所述氢气通道与电堆的氢气进气口连通，所述氢气主路的一端与电堆的氢气出气口连通，所述氢气主路的另一端与氢空混合腔连通，所述空气通道与氢空混合腔连通。
35.可选的，所述氢气通道，包括氢气减压阀和氢喷，所述氢气减压阀的出口通过管道与氢喷的入口连通，所述氢喷的出口与电堆的氢气进气口连通。
36.可选的，所述空气通道，包括电源、空压机和三通阀，所述空压机的出口与三通阀的入口通过管道连通，所述三通阀的一个出口通过管道与电堆的空气进气口连通，所述三通阀的另一个出口通过空排辅路与氢空混合腔的入口连通，所述三通阀为电控三通阀，所述电源与空压机电连接。
37.可选的，还包括空气主路，所述空气主路的一端与电堆的空气出口连通，所述空气主路的另一端与氢空混合腔的入口连通。
38.可选的，所述氢气主路上设置尾排阀门。
39.还包括储氢设备和储氮设备，所述储氢设备与氢气通道的入口连通。所述储氮设备与氢气通道的入口连通。
40.进行氢气置换过程的气体走向如下：首先进行氮气置换，氮气经减压阀、氢喷通入
电堆氢腔内，对氢腔内的氧气及其他杂质气体进行吹扫，后经氢气主路排入到氢空混合腔内，最后排出到大气中。做完氮气保压实验后，进行氢气置换。氢气从高压氢源经减压阀、氢喷通入电堆氢腔内，对腔内的氮气进行吹扫，同时在该氢气置换过程中打开电源对空压机进行供电，电控三通阀主路处于常闭的状态，空气可通过空压机经电控三通阀通入空排辅路中，汇入氢空混合腔内，对从氢气主路排出的氢气进行稀释，将氢气浓度降低到安全范围内排出到大气，最后进行氢气保压测试。
41.本实施例一方面考虑到氢气的渗透性很强，另一方面考虑到氢腔内可能有残留的氧气与其他杂质气体，首先使用氮气对氢腔进行气体置换，置换完成后进行氮气保压实验，检测氢腔是否有大的泄露，若无大的泄露，然后使用氢气对氢腔进行气体置换，在氢气置换过程中同时通过外部电源对空压机供电，通过空排辅路通入一定量的空气对尾排排出的氢气浓度进行稀释，将氢气浓度降低到安全范围内，最后进行氢气保压测试。该测试流程安全可靠，容易实现，在满足测试需求的基础上，提高了测试的安全性。
42.以上结合具体实施例描述了本公开的基本原理，但是，需要指出的是，在本公开中提及的优点、优势、效果等仅是示例而非限制，不能认为这些优点、优势、效果等是本公开的各个实施例必须具备的。另外，上述公开的具体细节仅是为了示例的作用和便于理解的作用，而非限制，上述细节并不限制本公开为必须采用上述具体的细节来实现。
43.在本公开中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序，本公开中涉及的器件、装置、设备、系统的方框图仅作为例示性的例子并且不意图要求或暗示必须按照方框图示出的方式进行连接、布置、配置。如本领域技术人员将认识到的，可以按任意方式连接、布置、配置这些器件、装置、设备、系统。诸如“包括”、“包含”、“具有”等等的词语是开放性词汇，指“包括但不限于”，且可与其互换使用。这里所使用的词汇“或”和“和”指词汇“和/或”，且可与其互换使用，除非上下文明确指示不是如此。这里所使用的词汇“诸如”指词组“诸如但不限于”，且可与其互换使用。
44.另外，如在此使用的，在以“至少一个”开始的项的列举中使用的“或”指示分离的列举，以便例如“a、b或c的至少一个”的列举意味着a或b或c，或ab或ac或bc，或abc（即a和b和c）。此外，措辞“示例的”不意味着描述的例子是优选的或者比其他例子更好。
45.提供所公开的方面的以上描述以使本领域的任何技术人员能够做出或者使用本公开。对这些方面的各种修改对于本领域技术人员而言是非常显而易见的，并且在此定义的一般原理可以应用于其他方面而不脱离本公开的范围。因此，本公开不意图被限制到在此示出的方面，而是按照与在此公开的原理和新颖的特征一致的最宽范围。
46.为了例示和描述的目的已经给出了以上描述。此外，此描述不意图将本公开的实施例限制到在此公开的形式。尽管以上已经讨论了多个示例方面和实施例，但是本领域技术人员将认识到其某些变型、修改、改变、添加和子组合。