一种燃料电池系统的热容测试装置的制作方法

1.本实用新型涉及燃料电池系统技术领域，特别涉及一种燃料电池系统的热容测试装置。


背景技术：

2.氢能燃料电池汽车是具有广阔发展前景的新能源汽车，其具有加氢时间短、续驶里程长的诸多优点。燃料电池系统通常包含燃料电池电堆和外围氢气、空气、冷却等零部件，电堆又包括质子交换膜、催化剂层、气体扩散层、双极板等，燃料电池电堆、部件的热容值是燃料电池系统低温启动设计与控制的核心参数。
3.通常的测试装置是使用燃料电池测试台与待测燃料电池组成一个测试系统，通过测试台控制待测燃料电池系统保持在一个恒定的电流值上，然后通过改变其电流记录温升，进而计算出热容，但该结构不仅复杂、而且测试不便。


技术实现要素：

4.本实用新型提供一种燃料电池系统的热容测试装置，该装置结构简单，容易操作，更便于燃料电池系统的热容测试。
5.本实用新型的技术内容如下：
6.一种燃料电池系统的热容测试装置，包括：
7.燃料电池电堆、水泵、第一节温器、水箱与第二节温器，所述水泵、所述第一节温器、所述水箱、所述第二节温器与所述燃料电池电堆依次连接构成快速降温循环路，所述快速降温循环路实现所述燃料电池电堆在低温环境下的快速降温。
8.进一步地，所述热容测试装置上还包括散热器，所述散热器两端分别与所述第一节温器、所述第二节温器连接。
9.进一步地，所述第一节温器还连接至所述第二节温器和所述燃料电池电堆之间的管道上。
10.进一步地，所述热容测试装置上设置有多个温度传感器。
11.进一步地，所述燃料电池电堆的液体出、入口处均设有一温度传感器。
12.进一步地，所述第二节温器的液体入口处、所述散热器的液体入口处均设置有一温度传感器。
13.本实用新型的有益效果至少包括：本实用新型通过冷却液进入快速降温循环路，实现低温环境下电堆的快速降温，且由于冷却液直接冷却电堆，对燃料电池系统的空气路、氢气路等部件的散热影响小，进而实现对电堆、及其他部件等热容值的解耦测量。
附图说明
14.图1为本实用新型的逻辑结构框示意图。
15.其中：
16.1-燃料电池电堆；2-水泵；3-第一节温器；4-散热器；5-第二节温器；6-水箱；7-温度传感器。
具体实施方式
17.为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。
18.结合图1所述，本实用新型提供了一种燃料电池系统的热容测试装置，包括：
19.燃料电池电堆1、水泵2、第一节温器3、水箱6与第二节温器5，所述水泵2、所述第一节温器3、所述水箱6、所述第二节温器5与所述燃料电池电堆1依次连接构成快速降温循环路，所述快速降温循环路实现所述燃料电池电堆1在低温环境下的快速降温。
20.进一步地，所述热容测试装置上还包括散热器4，所述散热器4两端分别与所述第一节温器3、所述第二节温器5连接。
21.进一步地，所述第一节温器3还连接至所述第二节温器5和所述燃料电池电堆1之间的管道上。
22.进一步地，所述热容测试装置上设置有多个温度传感器7。
23.进一步地，所述燃料电池电堆1的液体出、入口处均设有一温度传感器7。
24.进一步地，所述第二节温器5的液体入口处、所述散热器4的液体入口处均设置有一温度传感器7。
25.本实用新型的热容测试装置通过下述步骤实现燃料电池系统的热容测量：
26.s01：开始；
27.s02：燃料电池系统进行第一次冷吹扫；
28.s03：在燃料电池系统快速降温至t0时，测量得到电堆及冷却液的热容和；
29.该步骤中的t0指的是小于0℃的任意值，通过将高温电堆与低温水箱内的冷却液的热交换实现快速降温，并且通过下式计算热容：
[0030][0031]
c1等效认为是电堆与冷却液的热容和；
[0032]
其中，c
tank
为水箱及管路的热容，t
tank
为水箱初始温度，t
tank
通常与环境温度相同，t
stack
为电堆的初始温度，t
stack
为吹扫结束的温度。
[0033]
s04：在燃料电池系统低温启动时，测量得到电堆热容；
[0034]
令电堆热容值为s1，s1的通过下式计算获得：
[0035][0036]
由于s03步骤的快速降温，此时的部件仍然处于较高的温度，因此此时的热容要小于燃料电池系统完整的热容；
[0037]
式(2)中δp为t时间内燃料电池的产热功率，单位kw，t为一段时间，单位s，δt为
时间t内的温升，单位为k。
[0038]
s05：燃料电池系统进行第二次冷吹扫；
[0039]
s06：将燃料电池系统缓慢降温至零下，缓慢降温是指按照gb33979的方式在低温环境中浸机12h以上；
[0040]
s07：在燃料电池系统低温启动时，测量得到电堆、冷却液及零部件的热容和；
[0041]
令电堆、冷却液及零部件的热容和为s2，s2通过式(2)计算获得。
[0042]
由于此时为缓慢降温，电堆与部件的降温速率基本保持一致，因此s2是燃料电池系统的整体热容值。
[0043]
s08：结束。
[0044]
热容值是燃料电池低温启动系统设计和策略制定的依据，低温启动成功的关键是在电堆温度达到0℃以前液态水不结冰，热容值越大越会导致温升速率变慢，热容值组成包括电堆热容、零部件热容及冷却液热容。上述燃料电池系统的三种状态下的热容是为了区分热容值的不同组成，在本实施例中，s1等效认为是电堆热容，c1等效认为是电堆与冷却液的热容和，s2等效认为是电堆、零部件与冷却液的热容和。
[0045]
通过测量出c1、s1、s2，可以区分低温启动过程中热容的构成组分，并可以根据需求调整各组分热容的大小，例如冷却液热容偏大时，可以通过在燃料电池系统设计层面降低冷却液回路的长度来进行调整冷却液热容值，根据启动过程中热容值的估算，控制燃料电池低温启动的策略制定，选用不同的低温策略。
[0046]
以上所述仅为本实用新型的实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本实用新型的专利保护范围内。


技术特征：
1.一种燃料电池系统的热容测试装置，其特征在于：包括：燃料电池电堆、水泵、第一节温器、水箱与第二节温器，所述水泵、所述第一节温器、所述水箱、所述第二节温器与所述燃料电池电堆依次连接构成快速降温循环路，所述快速降温循环路实现所述燃料电池电堆在低温环境下的快速降温。2.根据权利要求1所述的燃料电池系统的热容测试装置，其特征在于：所述热容测试装置上还包括散热器，所述散热器两端分别与所述第一节温器、所述第二节温器连接。3.根据权利要求1所述的燃料电池系统的热容测试装置，其特征在于：所述第一节温器还连接至所述第二节温器和所述燃料电池电堆之间的管道上。4.根据权利要求1所述的燃料电池系统的热容测试装置，其特征在于：所述热容测试装置上设置有多个温度传感器。5.根据权利要求4所述的燃料电池系统的热容测试装置，其特征在于：所述燃料电池电堆的液体出、入口处均设有一温度传感器。6.根据权利要求2所述的燃料电池系统的热容测试装置，其特征在于：所述第二节温器的液体入口处、所述散热器的液体入口处均设置有一温度传感器。

技术总结
本实用新型涉及燃料电池系统技术领域，公开了一种燃料电池系统的热容测试装置，包括：燃料电池电堆、水泵、第一节温器、水箱与第二节温器，所述水泵、所述第一节温器、所述水箱、所述第二节温器与所述燃料电池电堆依次连接构成快速降温循环路，所述快速降温循环路实现所述燃料电池电堆在低温环境下的快速降温。本实用新型通过冷却液进入快速降温循环路，实现低温环境下电堆的快速降温，且由于冷却液直接冷却电堆，对燃料电池系统的空气路、氢气路等部件的散热影响小，进而实现对电堆、及其他部件等热容值的解耦测量。等热容值的解耦测量。等热容值的解耦测量。


技术研发人员：赵兴旺 石焱 李飞强 高云庆
受保护的技术使用者：北京亿华通科技股份有限公司
技术研发日：2022.05.13
技术公布日：2023/1/12