[發明專利]一種燃料電池高低溫啟動測試系統及測試方法

有效

• 申請號: 202010581443.X
• 申請日: 2020-06-23
• 公開（公告）號: CN111640965B
• 公開（公告）日: 2021-04-30
• 發明（設計）人: 方明;鄒見效
• 申請（專利權）人: 電子科技大學
• 主分類號: H01M8/04007
• 分類號: H01M8/04007;H01M8/04223;H01M8/04225;H01M8/0432;H01M8/0438;H01M8/04537
• 代理公司: 電子科技大學專利中心 51203
• 代理人: 陳一鑫

1.一種燃料電池高低溫啟動測試系統，該測試系統包括：補水水箱、電子泵、溫控機構、冷卻液凈化機構、小循環加熱機構、大循環冷卻機構、粗過濾器，各元件之間通過管路連接；

燃料電池電堆的冷卻液出口連接電子水泵，補水水箱從燃料電池電堆與電子水泵之間接入測試系統的管路；電子水泵的出液口連接溫控機構，溫控機構的出液口分為三路，分別連接冷卻液凈化機構、小循環加熱機構、大循環冷卻機構的進液口，冷卻液凈化機構、小循環加熱機構、大循環冷卻機構的出液口合為一路連接粗過濾器的進液口，粗過濾器的出液口連接燃料電池電堆的冷卻液入口；在燃料電池電堆的冷卻液出口處設置有壓力傳感器和溫度傳感器，在燃料電池電堆的冷卻液進口處設置有電導率傳感器、壓力傳感器和溫度傳感器，電子水泵出液口處設置有壓力傳感器；

所述冷卻液凈化機構包括依次連接的：流量計、去離子器，流量計的進液口為冷卻液凈化機構的進液口，去離子器的出液口為冷卻液凈化機構的出液口；在流量計和去離子器之間設置有壓力傳感器，去離子器的出液口處設置有壓力傳感器；

所述小循環加熱機構包括依次連接的：小循環比例電磁閥、小循環流量計、PTC電加熱器；小循環比例電磁閥的進液口為小循環加熱機構的進液口，PTC電加熱器的出液口為小循環加熱機構的出液口；PTC電加熱器進液口處和出液口處都設置有溫度傳感器和壓力傳感器；

所述大循環冷卻機構包括依次連接的：大循環比例電磁閥、大循環流量計、風冷散熱器，大循環比例電磁閥的進液口為大循環冷卻機構的進液口，風冷散熱器的出液口為大循環冷卻機構的出液口；風冷散熱器的進液口處和出液口處都設置有溫度傳感器和壓力傳感器；

所述溫控機構包括并聯的快速降溫裝置和快速升溫裝置；所述快速降溫裝置包括：降溫球閥、熱交換器、制冷機，制冷機用于對熱交換器的制冷，降溫球閥連接熱交換器，降溫球閥的進液口為快速降溫裝置的進液口，熱交換器的出液口為快速降溫裝置的出液口；所述快速升溫裝置包括依次連接的：加熱球閥、電加熱器，加熱球閥的進液口為快速升溫裝置的進液口、電加熱器出液口為快速升溫裝置的出液口；所述快速降溫裝置和快速升溫裝置的進液口共接后作為溫控機構的進液口，快速降溫裝置和快速升溫裝置的出液口共接后作為溫控機構的出液口。

2.一種用于權利要求1所述燃料電池高低溫啟動測試系統的測試方法，包括冷啟動測試方法和熱啟動測試方法，其中：

冷啟動測試方法包括以下步驟：

步驟C-S100：關閉電加熱器和PTC加熱器，打開降溫球閥和加熱球閥，開啟制冷機、電子水泵和大小循環比例電磁閥，對冷卻系統進行降溫直到系統中各溫度傳感器數值達到預設溫度，關閉球閥、電磁閥和制冷機，低溫環境準備工作完成；

步驟C-S200：打開電子水泵、加熱球閥、小循環比例電磁閥和PTC電加熱器進行電堆啟動，通過調節小循環比例電磁閥開度調控小循環冷卻液的質量流量，通過調節PTC電加熱器對小循環系統中的冷卻液進行升溫，當系統溫度大于30℃時，開啟燃料電池電堆，通過電堆自加熱功率，提升系統升溫速度；

步驟C-S300：燃料電池電堆入口溫度傳感器溫度數值達到50℃后，同時開啟大循環比例電磁閥，大小循環冷卻液在燃料電池電堆入口進行混合，此時溫度會出現一個波動，通過不斷調節大小循環比例閥開度，逐步減小這種波動，當溫度波動范圍減小到50±2℃時，關閉小循環比例電磁閥和電加熱器，系統冷啟動過程完成，系統可進行運行；

步驟C-S400：根據燃料電池電堆不同運行工況下電堆產熱特性，調節風冷換熱器風量將電堆產生的熱量及時排出，保證冷卻系統處在穩定的運行溫度范圍內；

步驟C-S500：采集C-S100-400步驟中系統各處傳感器記錄的溫度、壓力和電導率數據，分析系統冷啟動特性，優化控制策略；

熱啟動測試方法包括以下步驟：

步驟H-S100：關閉制冷機，打開降溫球閥和加熱球閥，開啟加熱器、PTC加熱器、電子水泵和大小循環比例電磁閥，對冷卻系統進行升溫直到系統中各溫度傳感器數值達到預設溫度，關閉球閥、電磁閥、電加熱器和PTC加熱器，高溫環境準備工作完成；

步驟H-S200-1：當冷卻系統溫度高于50℃時，打開電子水泵、加熱球閥、大循環比例電磁閥，通過調節風冷換熱器將系統冷卻液溫度調控到50℃，熱啟動準備工作完成；當冷卻系統溫度低于50℃，步驟同C-S200和C-S300，系統熱啟動工作完成；

步驟H-S300：根據燃料電池電堆不同運行工況下電堆產熱特性，調節風冷換熱器風冷將電堆產生的熱量及時排出，保證冷卻系統處在穩定的運行溫度范圍內；

步驟H-S400：采集H-S100-300步驟中系統各處傳感器記錄的溫度、壓力和電導率數據，分析系統冷啟動特性，優化控制策略。