[發(fā)明專利]一種用于大功率燃料電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)開發(fā)的電堆模擬裝置

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201810072225.6
• 申請(qǐng)日: 2018-01-25
• 公開（公告）號(hào): CN108417867A
• 公開（公告）日: 2018-08-17
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張新豐;姚川棋;沈華東;羅明慧;王春陽;黃道錦;戴維
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 同濟(jì)大學(xué)
• 主分類號(hào): H01M8/04298
• 分類號(hào): H01M8/04298
• 代理公司: 上海科盛知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 31225
• 代理人: 宣慧蘭

本發(fā)明涉及一種用于大功率燃料電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)開發(fā)的電堆模擬裝置，通過調(diào)節(jié)開環(huán)控制電加熱管管組的通電狀態(tài)以及閉環(huán)控制電加熱管的端電壓模擬真實(shí)電堆的不同發(fā)熱功率；通過改變阻力調(diào)節(jié)組件的過濾網(wǎng)的層數(shù)，模擬真實(shí)電堆的流阻特性；通過仿照燃料電池的層疊結(jié)構(gòu)，結(jié)合可移動(dòng)?xùn)鸥癜宓钠揭颇M真實(shí)電堆的熱慣性和熱阻特性；通過控制裝置內(nèi)部冷卻液的體積模擬真實(shí)電堆的比熱容特性。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明可在燃料電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)的匹配開發(fā)過程中替代真實(shí)電堆，具有加快匹配測(cè)試過程，提高熱管理系統(tǒng)開發(fā)效率等優(yōu)點(diǎn)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及車輛動(dòng)力技術(shù)及應(yīng)用領(lǐng)域，尤其是涉及一種用于大功率燃料電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)開發(fā)的電堆模擬裝置。

背景技術(shù)

燃料電池是通過燃料(比如氫氣)發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)而直接產(chǎn)生電能。由于燃料電池具有效率高、零排放、運(yùn)行平穩(wěn)、無噪聲等一系列優(yōu)良性能，被視為未來汽車最有可能的動(dòng)力來源，燃料電池汽車是未來汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展的趨勢(shì)。目前的設(shè)計(jì)中，燃料電池電堆很容易因?yàn)榫植侩娏髅芏却?、溫度過高而導(dǎo)致質(zhì)子交換膜失水。燃料電池電堆產(chǎn)生的熱能約占總能量的50％，為了防止膜的干燥及高溫運(yùn)行，需要有相應(yīng)的散熱機(jī)制來移走電化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生的熱量。

在一般的冷卻系統(tǒng)開發(fā)過程中，需要以燃料電池實(shí)物作為試驗(yàn)對(duì)象，并且需要調(diào)節(jié)燃料電池處于不同的工作狀態(tài)，以測(cè)試?yán)鋮s系統(tǒng)在不同的工況下是否能保證燃料電池溫度的相對(duì)穩(wěn)定。這種開發(fā)模式不僅成本很高，而且燃料電池的正常運(yùn)行需要多個(gè)子系統(tǒng)協(xié)調(diào)工作，測(cè)試準(zhǔn)備的時(shí)間長，工作量大，而且難度較高。

為了方便燃料電池冷卻系統(tǒng)的開發(fā)，可以利用相似性原理，將燃料電池的發(fā)熱和散熱特性從燃料電池的工作過程中抽象出來，再利用一套熱模擬裝置實(shí)現(xiàn)對(duì)這兩種特性的模擬。開發(fā)燃料電池冷卻系統(tǒng)時(shí)，可以選擇經(jīng)過簡化的熱模擬裝置代替燃料電池實(shí)物作為測(cè)試對(duì)象，從而可以大大降低冷卻系統(tǒng)的開發(fā)周期和開發(fā)成本。

目前在已公開或授權(quán)的專利文獻(xiàn)中，已經(jīng)有人提出了空氣供應(yīng)輔助系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案，比如：

清華大學(xué)的專利“用于熱管理系統(tǒng)試驗(yàn)的質(zhì)子交換膜燃料電池堆熱模擬裝置”(公開號(hào)CN1405917)，公開了一種燃料電池發(fā)熱模擬的裝置，其主要特征是利用控制大量貼片電阻相對(duì)獨(dú)立的發(fā)熱狀況，模擬燃料電池電堆發(fā)熱的空間分布特性。所使用的電阻總發(fā)熱功率不能達(dá)到真實(shí)模擬燃料電池運(yùn)行時(shí)的大功率發(fā)熱。其傳熱是通過模擬燃料電池的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)進(jìn)行模擬，具有剛性不可調(diào)節(jié)的特點(diǎn)，該裝置只能針對(duì)某一種固定的燃料電池進(jìn)行模擬，使用不夠靈活。此外其設(shè)計(jì)中沒有充分考慮電堆內(nèi)部流動(dòng)阻力和電堆比熱容等問題，所以只能用于大致描述燃料電池發(fā)熱和冷卻狀況，不能用于不同型號(hào)多種燃料電池的熱管理子系統(tǒng)匹配和測(cè)試工作。

目前公開的技術(shù)僅僅在于給出了不同的燃料電池?zé)崮M系統(tǒng)設(shè)計(jì)特定方案；而沒有給出針對(duì)開發(fā)過程、開發(fā)方法及開發(fā)過程中使用的設(shè)備設(shè)計(jì)的模擬裝置。在設(shè)計(jì)燃料電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)時(shí)，會(huì)面臨以下問題：(1)僅僅根據(jù)現(xiàn)有電堆的熱相關(guān)特性參數(shù)，在沒有實(shí)物的情況下是否能快速設(shè)計(jì)出一個(gè)良好的熱管理子系統(tǒng)；(2)熱管理系統(tǒng)中的關(guān)鍵零部件參數(shù)如何良好匹配。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷而提供一種用于大功率燃料電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)開發(fā)的電堆模擬裝置。

本發(fā)明的目的可以通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)：

一種用于大功率燃料電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)開發(fā)的電堆模擬裝置，包括：

發(fā)熱模擬組件，包括層疊交替設(shè)置的發(fā)熱板和冷卻板，所述發(fā)熱板和冷卻板內(nèi)都設(shè)有流通冷卻液的空腔，所述發(fā)熱板的空腔內(nèi)設(shè)有發(fā)熱裝置；

柵格板組件，包括分別設(shè)于所述發(fā)熱模擬組件的冷卻液入口端和冷卻液出口端的前端柵格板和后端柵格板，用于調(diào)節(jié)流經(jīng)所述發(fā)熱板和冷卻板空腔的冷卻液流量比；

阻力調(diào)節(jié)組件，包括多層過濾網(wǎng)，設(shè)于所述前端柵格板的冷卻液入口側(cè)，用于調(diào)節(jié)冷卻液的流動(dòng)阻力；