一种空冷电堆环境模拟测试系统及其控制方法与流程

技术特征：
1.一种空冷电堆环境模拟测试系统，其特征是，由环境仓(38)、氢气管理系统和空气管理系统组成，其中环境仓(38)为耐真空压力容器环境仓，所述环境仓(38)中部放置待测的空冷电堆(37)，空冷电堆(37)带有风扇引风，在空冷电堆(37)与环境仓(38)之间具有空隙可以流通空气，该空隙中设置有风向和流速检测的风向风速计(41)，环境仓(38)还具有限定压力不低于限定值的安全阀(39)、接近于出口处的环境仓氢气浓度传感器(36)。2.如权利要求1所述的一种空冷电堆环境模拟测试系统，其特征是，所述氢气管理系统由环境仓外的氢气源(7)、氢气控制器、环境仓(38)外依次连接的尾气缓冲器(9)、氢气分水器(12)以及连接管道组成，氢气控制器一端与氢气源(7)相连，另一端与尾气缓冲器(9)相连，尾气缓冲器(9)与氢气分水器(12)之间的连接管道设有尾气缓冲器阀(17)，氢气分水器(12)与环境大气a(10)的连接管道设有氢气分水器破空阀(11)，氢气分水器(12)与氢气真空系统(15)的连接管道设有连接真空的阀a(14)，氢气分水器(12)设有压力传感器(16)，下方的管道设有下端的放水阀(13)。3.如权利要求2所述的一种空冷电堆环境模拟测试系统，其特征是，所述氢气控制器为设置在环境仓(38)内的电堆自备氢气控制器(8)或设置在环境仓(38)外的氢气控制器。4.如权利要求1所述的一种空冷电堆环境模拟测试系统，其特征是，所述外置空气管道系统包括循环管道(1)、空气供气(2)、氧气供气(3)、氮气供气(4)和去离子水供应(5)，从环境仓(38)上连接出空气出口的循环管道(1)，循环管道(1)上依次连接有出堆后氢气浓度传感器(35)、出堆后温度传感器(34)、降温换热器(29)、空气分水装置、循环风机(30)、降温后湿度传感器(33)、降温后温度传感器(32)、氧气浓度传感器(31)，再依次连接上循环管道的气体组分调节段，包括空气供气(2)、氧气供气(3)、氮气供气(4)、去离子水供应(5)、升温前温度传感器(46)、升温换热器(6)、升温后氧气浓度传感器(45)、升温后压力传感器(44)、升温后温度传感器(43)、升温后湿度传感器(42)，然后回到环境仓(38)。5.如权利要求4所述的一种空冷电堆环境模拟测试系统，其特征是，所述空气分水装置包括，连接在循环管道(1)上、降温换热器(29)之后的空气分水器(26)，空气分水器(26)与环境大气28的连接管道设有连接真空的阀c(27)，空气分水器(26)与收集器(20)的连接管道设有空气分水器阀(25)，收集器(20)与环境大气b(18)的连接管道设有收集器破空阀(19)，收集器(20)与空气真空系统(23)的连接管道设有连接真空的阀b(22)，收集器(20)设有收集器压力传感器(24)，下方的管道设有收集器放水阀(21)。6.一种空冷电堆环境模拟测试的控制方法，其特征是，系统启动主程序，选定运行参数或修改运行参数，周期性检测包括各种压力、温度、湿度、浓度、流量的参数，并在以下各过程中持续进行；控制方法还包括对空气子系统控制子程序、氢气子系统运行控制子程序的控制；(1)空气子系统控制子程序测试系统进入启动状态时，首先开启防爆的循环风机(30)，风向风速计(41)检测风向和风速，保持相对风向为从左到右，控制循环风机(30)的转速，通过开启循环管道(1)上的连接真空的阀c(27)调节内部气体压力至设定值；如果氢气浓度超标，则开启循环管道上的连接真空的阀c(27)的同时开启空气供气(2)，降低循环管道(1)内的氢气浓度，直到氢气浓度降低到测试运行设定的氢气浓度，以避免氢气浓度影响电堆阴极运行条件，并对低浓度不予处理，以节省不必要的过高标准消耗；
满足上述条件后，打开循环管道(1)的收集器(20)上的连接真空的阀b(22)，开空气分水器阀(25)，使收集器(20)与循环管道(1)同压，控制升温换热器(6)升温到预定温度；根据降温后湿度传感器(33)与升温后湿度传感器(42)的监测数值，如果低于要求的湿度则调整增加喷雾加入水量，如果高于要求的湿度则增加降温换热器(29)的冷水流量，将空气调整到要求的露点；根据氧气浓度传感器(31)和升温后氧气浓度传感器(45)检测浓度，对比系统设置的氧气浓度，如果氧气浓度与系统设置的氧气浓度相同，则选择空气供气(2)，浓度低于系统设置则选择氧气供气(4)，浓度高于系统设置则选择氮气供气(4)，同时只选择其中之一供气，保持循环管道(1)的压力和进入环境仓(38)的氧气浓度相同；利用升温后压力传感器(44)检测循环管道(1)的压力，如果压力超过设定值则通过循环管道(1)的连接真空的阀c(27)降压达到设定值；如果压力低于设定值，则根据设置的氧气浓度高低，通过空气供气(2)、氧气供气(3)、氮气供气(4)其中之一供气，达到增压和控制氧气浓度；循环管道(1)内的气体温度使用降温换热器(29)和升温换热器(6)控制，检测点是出堆后温度传感器(34)、降温后温度传感器(32)、升温前温度传感器(46)、升温后温度传感器(43)；检测空气路收集器(20)的水位，如果达到指定的放水位置，则关闭空气分水器阀(25)，打开空气路收集器破空阀(19)，放水后，关闭空气路收集器破空阀(19)，打开连接真空的阀b(22)减压，与循环管道(1)同压后，开空气分水器阀(25)再次收水；(2)氢气子系统控制子程序测试系统进入启动状态时，氢气源(7)未向空冷电堆(37)通入氢气，开通防爆的循环风机(30)，利用环境仓氢气浓度传感器(36)、出堆后氢气浓度传感器(35)检测氢气浓度；开启尾气缓冲器阀(17)，打开连接真空的阀a(14)，压力传感器(16)检测实际压力，氢气分水器破空阀(11)参与调节压力，维持该压力与空冷电堆(37)运行环境压力差值在一定范围内；将氢气尾排放入尾气缓冲器(9)中，尾气缓冲器(9)的压力控制在与循环管道(1)压力相差为一定范围内，模拟并保持一种与真实环境中的空冷电堆(37)的氢气腔与空气腔的压差条件，包括脉冲式的压差波动条件下，氢气不排放到循环管道(1)中；当氢气分水器(12)的水位达到预定排放高度时，关闭尾气缓冲器阀(17)，打开氢气分水器破空阀(11)，恢复氢气分水器(12)压力为环境大气压以排水，氢气分水器(12)的压力恢复与环境大气a(10)相同后，氢气分水器(12)内的水在重力作用下排出放水，然后关闭氢气分水器破空阀(11)，打开连接真空的阀a(14)使氢气分水器(12)减压到循环管道(1)的压力值，打开尾气缓冲器阀(17)，接受尾气排放，继续接水；上述放水时间选择在下一次尾气脉冲结束后的立即时刻，关闭尾气缓冲器阀(17)，在脉冲周期10～30秒内，完成破空、排水、减压、再次打开收水的一个周期。7.如权利要求6所述的一种空冷电堆环境模拟测试的控制方法，其特征是，测试运行设定的氢气浓度为0～200ppm。8.如权利要求6所述的一种空冷电堆环境模拟测试的控制方法，其特征是，循环风机的风速控制在0.1～2m/s。9.如权利要求6所述的一种空冷电堆环境模拟测试的控制方法，其特征是，氢气分水器破空阀(11)参与调节的压力与空冷电堆(37)运行环境压力差值在控制在
±
5.0kpa。

技术总结
本发明公开了一种空冷电堆环境模拟测试系统及其控制方法，涉及燃料电池空冷电堆测试的环境模拟装置结构和运行的控制方法，更具体地说，涉及一种具有模拟环境气压，特别是低气压，以及温度、湿度、氧气浓度、氢气浓度控制的测试装置条件和运行管理方法，本发明可以获得更接近于实际运行的模拟条件，有利于降低测试能耗，便于测试的稳定运行。在保持氢气排气口压力与设定环境压力相同的条件下，氢气尾气不排放到测试装置的循环空气中，能够大幅度降低换气能耗，特别是降压条件下的真空抽气的能量消耗，提高系统安全。提高系统安全。提高系统安全。


技术研发人员：高鹏 盛武林
受保护的技术使用者：大连锐格新能源科技有限公司
技术研发日：2021.07.12
技术公布日：2021/10/28