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专利号: 2022106588242
申请人: 合肥工业大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2025-12-30
缴费截止日期: 暂无
联系人

摘要:

权利要求书:

1.一种氢燃料电池热辐射与风环境适应性测试系统,其特征在于,包括:

用于对电堆(1)进行性能测试的氢燃料电池测试子系统;

用于向电堆(1)加载风环境,或者加载热辐射与风环境的环境耦合加载子系统;

与氢燃料电池测试子系统相连的下位机硬件子系统,所述下位机硬件子系统用于控制氢燃料电池测试子系统的测试过程,以及用于采集氢燃料电池测试子系统的各项状态数据;

所述环境耦合加载子系统包括加热板(12)、防火板(13)、风机(14)、稳压器(15);

所述加热板(12)设置在电堆(1)的上方,用于向电堆(1)加载热辐射环境;所述防火板(13)可移动地设置在加热板(12)与电堆(1)的中间,用于隔绝加热板(12)向电堆(1)加载的热辐射;所述风机(14)设置于电堆(1)的侧面,用于向电堆(1)加载风环境;所述稳压器(15)分别与加热板(12)和风机(14)相连,用于调节加热板(12)和风机(14)的工作电压,从而调节对电堆(1)加载的热辐射强度和风强度;

所述氢燃料电池测试子系统包括电堆(1)、供气管道(2)、排气管道(3)、氢气瓶组(4)、氮气瓶组(5)、阴极风扇(6)、负载(7)、膜管加湿器(8);

所述氢气瓶组(4)通过氢气供气管道、氮气瓶组(5)通过氮气供气管道均与供气管道(2)的进气口相连;所述供气管道(2)的出气口与电堆(1)的阳极进气侧相连,所述电堆(1)的排气侧与排气管道(3)相连;所述氢气瓶组(4)用于向电堆(1)提供氢气;所述氮气瓶组(5)用于提供氮气对供气管道(2)进行吹扫;所述电堆(1)的阴极进气侧设置阴极风扇(6),用于向电堆(1)提供氧气以及用于冷却电堆(1);所述负载(7)与电堆(1)的电流输出端相连,用于设置负载电流以及测量电堆(1)运行时输出的电压和功率;所述膜管加湿器(8)安装在供气管道(2)上,用于加湿供气管道(2)内的氢气;

适应性测试方法,具体包括以下步骤:

S1,开启氢气进气电磁阀(18)和阴极风扇(6),关闭出口排气电磁阀(21)和氮气吹扫电磁阀(22),按实验要求设定负载(7)的负载电流;

S2,运行电堆(1),利用环境耦合加载子系统向电堆(1)加载风环境或者加载热辐射与风环境,研究单一环境加载或复合环境耦合加载作用下电堆性能衰减机理,利用下位机硬件子系统采集氢燃料电池测试子系统中的各项状态数据;等待电堆(1)运行达到设定时间或电堆(1)停止运行时,结束本次的适应性测试;

S3,关闭氢气进气电磁阀(18),开启出口排气电磁阀(21)和氮气吹扫电磁阀(22),利用氮气对供气管道(2)进行吹扫,利用阴极风扇(6)对电堆(1)进行冷却;

S4,按照步骤S1~S3的方式,进行下一次的适应性测试试验;

步骤S2中,利用环境耦合加载子系统向电堆(1)加载风环境或者加载热辐射与风环境,研究单一环境加载或复合环境耦合加载作用下电堆性能衰减机理,具体方式如下所示:若对电堆(1)进行风环境适应性测试,则在氢燃料电池测试子系统中启动电堆(1),待电堆(1)的温度和电压稳定后,风机(14)运行并向电堆(1)加载风环境;若对电堆(1)进行热辐射与风的耦合环境适应性测试,则先将防火板(13)放置在加热板(12)与电堆(1)的中间,加热板(12)进行预热;然后在氢燃料电池测试子系统中启动电堆(1),待电堆(1)的温度和电压稳定后,移开防火板(13),加热板(12)向电堆(1)加载热辐射环境,同时风机(14)运行并向电堆(1)耦合加载风环境。

2.根据权利要求1所述的一种氢燃料电池热辐射与风环境适应性测试系统,其特征在于,还包括:分别与下位机硬件子系统和环境耦合加载子系统相连的上位机软件平台;

所述上位机软件平台用于通过下位机硬件子系统接收氢燃料电池测试子系统的各项状态数据,以及接收环境耦合加载子系统的各项状态数据,并对各项状态数据进行存储和展示;所述上位机软件平台还用于向下位机硬件子系统和环境耦合加载子系统发送控制指令,控制氢燃料电池测试子系统的测试过程以及控制环境耦合加载子系统的环境加载过程。

3.根据权利要求1所述的一种氢燃料电池热辐射与风环境适应性测试系统,其特征在于,所述氢燃料电池测试子系统还包括恒温水浴箱(9)、纯水器(10);

所述恒温水浴箱(9)与膜管加湿器(8)相连,用于向膜管加湿器(8)提供加湿用的循环热水;所述纯水器(10)与恒温水浴箱(9)相连,用于制取并向恒温水浴箱(9)提供去离子水。

4.根据权利要求1所述的一种氢燃料电池热辐射与风环境适应性测试系统,其特征在于,所述下位机硬件子系统包括:与阴极风扇(6)相连的直流稳压电源(17),用于控制阴极风扇(6)的启停和调节阴极风扇(6)的工作电压;

安装在氢气供气管道上的氢气进气电磁阀(18),用于控制氢气供气管道的通断;安装在供气管道(2)和氮气供气管道上的减压阀(19),用于对管道内的气体进行减压稳压;安装在供气管道(2)上的氢气质量流量控制器(20),用于测量供气管道(2)内氢气的质量流量;

安装在排气管道(3)上的出口排气电磁阀(21),用于对未完全反应完的氢气和电堆内生成的水进行排放;安装在供气管道(2)上的氮气吹扫电磁阀(22),用于控制氮气吹扫电堆(1)的启停;分别与氢气进气电磁阀(18)、减压阀(19)、氢气质量流量控制器(20)、出口排气电磁阀(21)、氮气吹扫电磁阀(22)相连的继电器(32),继电器(32)用于控制各个阀门的开闭。

5.根据权利要求1所述的一种氢燃料电池热辐射与风环境适应性测试系统,其特征在于,所述下位机硬件子系统还包括:安装在供气管道(2)上的第一温度传感器(23)、第一湿度传感器(24)、压力传感器(25),分别用于测量氢气进气温度、氢气进气相对湿度、氢气进气压力;安装在电堆(1)阴极进气侧的第二温度传感器(26)和第二湿度传感器(27),分别用于测量空气进气温度和空气进气相对湿度;安装在电堆(1)阴极出气侧的第三温度传感器(28)和第三湿度传感器(29),分别用于测量空气出气温度和空气相对湿度;分别与第一温度传感器(23)、第一湿度传感器(24)、压力传感器(25)、第二温度传感器(26)、第二湿度传感器(27)、第三温度传感器(28)、第三湿度传感器(29)相连的传感器信号采集模块(31),传感器信号采集模块(31)用于将各个传感器所采集的模拟信号转换为数字信号;

固定电堆(1)的各个单电池(101)流道内部的热电偶(30),与热电偶(30)相连的温度采集模块(33),温度采集模块(33)根据热电偶(30)所测量的数据信号,得到电堆(1)中单电池(101)的温度值;

分别与电堆(1)中各个单电池(101)相连的单体电压采集模块(34),用于采集电堆(1)中单电池(101)的电压值。

6.根据权利要求1所述的一种氢燃料电池热辐射与风环境适应性测试系统,其特征在于,还包括:测试台架(11)和加载台架(16);

所述测试台架(11)用于集中放置氢燃料电池测试子系统和下位机硬件子系统中的所有设备仪器;

所述加载台架(16)用于集中放置环境耦合加载子系统中的所有设备仪器;

所述测试台架(11)和加载台架(16)彼此配合,使得放置于测试台架(11)上的电堆(1)可移动地进入在加载台架(16)中,实现放置于加载台架(16)上的环境耦合加载子系统对电堆(1)的环境加载。