车用燃料电池氢气部件测试系统和测试方法与流程

本发明涉及电池测试，尤其涉及车用燃料电池氢气部件测试系统和测试方法。

背景技术：

1、对于燃料电池系统，最重要的元器件之一就是氢气部件，即氢气循环泵和引射器。电堆进行电化学反应时通常大约有40%的氢气未消耗完，氢气循环泵是在电堆出口对过量的氢气进行增压并循环至电堆入口处进行再重复反应，提高氢气利用率和经济效益。与氢气循环泵相比，引射器没有运动部件，是个纯机械产物，被动吸气循环。在将氢气部件安装入氢燃料电池模块前，需对氢气部件的性能进行彻底“摸底”，以避免返工和再设计。

2、本技术发明人在实现本发明实施例技术方法的过程中，至少发现现有技术中存在如下技术问题：

3、目前氢气部件测试系统大多在干态状态下，未进行增湿控温，仅通过控制压力和流量来对引射器、氢气循环泵的压升、引射回流比和流量等性能参数进行测试，无法实现在电堆运行真实温湿度条件下的有效试验，测试数据存在偏差。

4、目前氢气部件测试系统大多只能实现氢泵或引射器的单一性能测试，无法进行串联组合后的功能性测试。

5、综上，现有氢气部件测试系统的测试精度低且测试功能单一。

技术实现思路

1、本发明实施例提供一种车用燃料电池氢气部件测试系统和测试方法，解决了现有氢气部件测试系统的测试精度低且测试功能单一的问题。

2、本发明实施例一方面提供了一种车用燃料电池氢气部件测试系统，所述测试系统包括：主回路，沿气流方向依次连接有气源控制模块、主回路机械减压阀、主回路流量计；循环回路，与所述主回路的出口连接，沿气流方向依次连接有引射器切换模块、引射器出口传感器、增湿罐切换模块、加热器、循环回流流量计、循环回路比例阀、循环泵入口传感器、氢气循环泵切换模块、循环泵出口传感器；消耗模拟回路，与所述增湿罐切换模块和所述加热器并联，沿气流方向依次连接有消耗模拟回路比例阀和单向阀；其中，通过所述增湿罐切换模块和所述加热器模拟电堆实际运行中的湿度和温度状态，通过所述引射器切换模块和所述氢气循环泵切换模块对引射器、氢气循环泵中的至少一种氢气部件进行测试。

3、可选的，所述引射器切换模块包括：第一引射器切换支路，沿气流方向依次连接有引射器第一手阀、引射器、引射器第二手阀；第二引射器切换支路，与所述第一引射器切换支路并联，所述第二引射器切换支路包括引射器第三手阀。

4、可选的，所述氢气循环泵切换模块包括：第一氢气循环泵切换支路，沿气流方向依次连接有循环泵第一手阀、氢气循环泵、循环泵第二手阀；第二氢气循环泵切换支路，与所述第一氢气循环泵切换支路并联，所述第二氢气循环泵切换支路包括循环泵第三手阀。

5、可选的，所述增湿罐切换模块包括：第一增湿罐切换支路，沿气流方向依次连接有增湿罐第一电磁阀、增湿罐、增湿罐出口传感器、增湿罐第二电磁阀；第二增湿罐切换支路，与所述第一增湿罐切换支路并联，所述第二增湿罐切换支路包括增湿罐第三电磁阀。

6、可选的，所述气源控制模块包括：氢气或氦气入口电磁阀，用于将氢气或氦气供应管路连接至所述主回路；氮气或空气入口电磁阀，用于将氮气或空气供应管路连接至所述主回路；其中，所述氢气或氦气入口电磁阀和所述氮气或空气入口电磁阀不可同时开启，只有一路供应管路连接至所述主回路。

7、可选的，所述气源控制模块还包括：多测试支路，与所述氮气或空气供应管路连接，沿气流方向依次连接有汇流排入口机械减压阀和气体供应汇流排。

8、可选的，所述测试系统还包括尾气处理模块，所述尾气处理模块包括：尾气处理装置，与所述加热器的出口连接；第一脉冲排放阀，连接在所述尾气处理装置和所述加热器之间；第二脉冲排放阀，与所述尾气处理装置的出口连接；第三脉冲排放阀，与所述循环回路比例阀和循环回流流量计并联。

9、另一方面，本发明实施例还提供一种使用前述实施例所述的车用燃料电池氢气部件测试系统单独对引射器进行测试的方法，所述方法包括：通过引射器切换模块将引射器接入循环回路，通过氢气循环泵切换模块将氢气循环泵从所述循环回路断开；开启气源控制模块，测试气体从主回路流向循环回路和消耗模拟回路，通过循环回路中的增湿罐切换模块与加热器模拟电堆实际运行中的湿度和温度状态，通过消耗模拟回路模拟电堆在不同工况下的消耗；通过循环回路比例阀调节引射器的入口压力，根据循环泵入口传感器、引射器出口传感器、循环回流流量计和主回路流量计的读数，绘制引射器的引射比曲线。

10、第三方面，本发明实施例还提供一种使用前述实施例所述的车用燃料电池氢气部件测试系统单独对氢气循环泵进行测试的方法，所述方法包括：通过氢气循环泵切换模块将氢气循环泵接入循环回路，通过引射器切换模块将引射器从所述循环回路断开；开启气源控制模块，测试气体从主回路流向循环回路和消耗模拟回路，通过循环回路中的增湿罐切换模块与加热器模拟电堆实际运行中的湿度和温度状态，通过消耗模拟回路模拟电堆在不同工况下的消耗；通过循环回路比例阀调节循环回路的压力和流量，通过氢气循环泵入口传感器、循环泵出口传感器和循环回流流量计的读数，绘制氢气循环泵的性能曲线。

11、第四方面，本发明实施例还提供一种使用前述实施例所述的车用燃料电池氢气部件测试系统对引射器和氢气循环泵的组合进行测试的方法，所述方法包括：通过引射器切换模块和氢气循环泵切换模块将引射器和氢气循环泵以串联的方式接入循环回路；开启气源控制模块，测试气体从主回路流向循环回路和消耗模拟回路，通过循环回路中的增湿罐切换模块与加热器模拟电堆实际运行中的湿度和温度状态，通过消耗模拟回路模拟电堆在不同工况下的消耗；通过循环回路比例阀调节循环回路的压力和流量，通过引射器出口传感器、循环泵出口传感器、循环回流流量计和主回路流量计的读数，绘制引射器和氢气循环泵的总引射比曲线。

12、本发明实施例中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：

13、一种车用燃料电池氢气部件测试系统，所述测试系统包括：主回路，沿气流方向依次连接有气源控制模块、主回路机械减压阀、主回路流量计；循环回路，与所述主回路的出口连接，沿气流方向依次连接有引射器切换模块、引射器出口传感器、增湿罐切换模块、加热器、循环回流流量计、循环回路比例阀、循环泵入口传感器、氢气循环泵切换模块、循环泵出口传感器；消耗模拟回路，与所述增湿罐切换模块和所述加热器并联，沿气流方向依次连接有消耗模拟回路比例阀和单向阀；其中，通过所述增湿罐切换模块和所述加热器模拟电堆实际运行中的湿度和温度状态，通过所述引射器切换模块和所述氢气循环泵切换模块对引射器、氢气循环泵中的至少一种氢气部件进行测试。本发明通过循环回路中的增湿罐切换模块和加热器，能够模拟电堆实际运行中的湿度和温度状态，高度还原燃料电池发动机在电堆实际运行的真实工况，氢气部件的测试更加真实有效，测试精度高；本发明通过控制引射器切换模块和所述氢气循环泵切换模块，既可以单独对引射器进行测试，也可以单独对氢气循环泵进行测试，还可以对引射器和氢气循环泵的组合进行测试，丰富了测试功能。

14、进一步，所述引射器切换模块包括：第一引射器切换支路，沿气流方向依次连接有引射器第一手阀、引射器、引射器第二手阀；第二引射器切换支路，与所述第一引射器切换支路并联，所述第二引射器切换支路包括引射器第三手阀。通过控制引射器第一手阀、引射器第二手阀和引射器第三手阀的开启和关闭，能够控制引射器是否接入循环回路，不必再对同一引射器进行单独测试和组合测试时，进行重复安装和拆卸，操作简便。

15、再进一步，所述氢气循环泵切换模块包括：第一氢气循环泵切换支路，沿气流方向依次连接有循环泵第一手阀、氢气循环泵、循环泵第二手阀；第二氢气循环泵切换支路，与所述第一氢气循环泵切换支路并联，所述第二氢气循环泵切换支路包括循环泵第三手阀。通过控制循环泵第一手阀、循环泵第二手阀和循环泵第三手阀的开启和关闭，能够控制氢气循环泵是否接入循环回路，不必再对同一氢气循环泵进行单独测试和组合测试时，进行重复安装和拆卸，操作简便。

16、又进一步，所述增湿罐切换模块包括：第一增湿罐切换支路，沿气流方向依次连接有增湿罐第一电磁阀、增湿罐、增湿罐出口传感器、增湿罐第二电磁阀；第二增湿罐切换支路，与所述第一增湿罐切换支路并联，所述第二增湿罐切换支路包括增湿罐第三电磁阀。通过控制增湿罐第一电磁阀、增湿罐第二电磁阀和增湿罐第三电磁阀的开启和关闭，能够不必重复安装和拆卸增湿罐，也能控制增湿罐是否接入循环回路，便于实现干态测试和湿态测试，满足不同的测试需求。

17、还进一步，所述气源控制模块包括：氢气或氦气入口电磁阀，用于将氢气或氦气供应管路连接至所述主回路；氮气或空气入口电磁阀，用于将氮气或空气供应管路连接至所述主回路；其中，所述氢气或氦气入口电磁阀和所述氮气或空气入口电磁阀不可同时开启，只有一路供应管路连接至所述主回路。通过设置两路不同的供应管路，能够使用不同性质的气体对氢气部件进行测试，且消除不同性质的气体混合对测试结果的干扰因素。

18、更进一步，所述气源控制模块还包括：多测试支路，与所述氮气或空气供应管路连接，沿气流方向依次连接有汇流排入口机械减压阀和气体供应汇流排。通过多测试支路，能够在氮气或空气供应管路上形成多个测试端口。

19、再进一步，所述测试系统还包括尾气处理模块，所述尾气处理模块包括：尾气处理装置，与所述加热器的出口连接；第一脉冲排放阀，连接在所述尾气处理装置和所述加热器之间；第二脉冲排放阀，与所述尾气处理装置的出口连接；第三脉冲排放阀，与所述循环回路比例阀和循环回流流量计并联。尾气处理装置能够将消耗模拟回路、主回路和循环回路的测试尾气进行压力缓冲、存储，并最终由第二脉冲排放阀排除，避免测试压力波动太大，实现平稳尾排。第一脉冲排放阀对主回路进行脉冲排放，第三脉冲排放阀对循环回路进行脉冲排放，脉冲排放阀能够在管路泄压时，均匀稳定地将残留的测试尾气逐步排出，避免压力振动。并且，在测试过程中，将脉冲排放阀设定为间歇性脉冲排，可以模拟电堆实际运行过程中的除水除杂，避免水杂累积的问题。