该文介绍了氢燃料电池的展开远景和氢燃料电池电堆测验台架在电堆出产过程中的重要性，论说了氢燃料电池电堆测验台架各部件的组成与操控原理，论述了燃料电池电堆测验台架氢气与流量的核算以及压力平衡式膜增湿办法的原理与用水量核算，阐明晰燃料电池电堆测验台架测控体系的硬件组成及测控流程、测控办法。

　　轿车工业是国际首要工业国家的首要工业，是衡量一个国家归纳实力和兴旺程度的重要标志。跟着全国际轿车保有量的日益增多，动力紧缺和环境污染问题益发凸显，现已成为人类生计和展开面对的两大应战。寻觅和展开新的轿车清洁动力，将对全球轿车和动力工业格式以及社会经济展开发生深远的影响。氢能和燃料电池技能是国际动力转型和动力转型的严重战略方向。燃料电池轿车具有环保功用佳、转化功率高、加注时刻短以及续航路程长等优势，是未来轿车工业可继续化展开的重要方向，是应对全球动力缺少和环境污染的重要战略行动。展开燃料电池轿车已成为全球轿车与动力工业转型晋级的重要突破口。

　　跟着燃料电池轿车需求的不断添加，燃料电池体系的工业化需求会越来越激烈。电堆作为燃料电池体系的中心部件之一，电堆的功用是燃料电池体系甚至整车功用的决定因素，电堆测验台架是检测电堆功用和质量的有力确保。面向燃料电池电堆工业化需求，咱们应该展开燃料电池电堆的标准化、集约化的在线检测技能、快速查验技能及测验设备开发，拟定标准化点评办法及测验标准，为燃料电池电堆的批量出产供给有力地支撑。

　　燃料电池电堆测验台架由氢气单元、空气单元、氮气单元、冷却水循环单元、主动补水体系、二次冷却水体系、直流电子负载体系、安全检测连锁报警体系、上位机及操控体系等部件组成。

　　氢气单元和空气单元首要为燃料电池电堆测验供给满意测验需求（温度、压力和湿度等）的阳极氢气和阴极空气。氢气单元和空气单元首要由以下4 个部分组成，如图1 所示。

　　气体前后处理体系由空气过滤器、减压阀和气水别离器组成。空气过滤器会主动对气体进行过滤而且主动搜集排放滤出物，确保进堆气体气体洁净。减压阀由测验人员手动操作，用来操控气体进测验台压力。气水别离器将尾排气体与尾排液态水别离。

　　电流I 按极限电流550 核算；电池节数n 按最大400 核算；氢气化学计量比λH2按1.5 来核算；空气化学计量比λAir 按2 来核算。

　　尾排流量依照最大计量比来核算，氢气计量比1.2，反响1，尾排0.2，由此氢气尾排流量为最大流量的1/6；空气计量比2，反响1，尾排1，由此空气尾排流量为最大流量的1/2。

　　由主动背压阀、减压阀和压力传感器组成。到达操控反响气压力的意图。气体先经过前处理体系中的减压阀下降到必定规模，再经过背压阀与压力传感器来完结电堆前或电堆后的压力操控。

　　由膜增湿器、气体平衡路、高水箱、加热水箱、板式换热器、离心泵、管路加热带、温度传感器以及压力传感器组成，到达操控反响气湿度的意图。

　　气体增湿首要经过膜增湿器的水气加湿形式来完结气体的增湿，经过操控增湿水温来操控气体出增湿器的露点温度来完结湿度的精确操控。板式换热器、加热水箱和温度传感器能够完结气体湿度的快速改动。管路加热带和温度传感器用于完结气体湿度的稳定性。气体平衡路和高水箱的效果是平衡膜增湿器水气两边压力，进步增湿体系可靠性。

　　现在咱们选用膜增湿计划面对的最首要问题便是气-水两边压力平衡难以调理。假如选用水泵来调理压强，由于水侧压强调理较慢，会拖慢整个气体增湿体系的响应速度。这儿咱们能够从气体主干路分出一个旁路通入到循环增湿水路中，使用压力传递的原理来平衡膜增湿器内气-水两边压强。

　　如图2 所示，咱们从反响气主干路分出一个旁路通入高位水箱中。在高位水箱中气体存在于水面上的空腔中，气与水压力平衡，水将压力传递到增湿循环水路中，增湿循环水路中的水管及水箱中都充溢去离子水，遍地压强等于气体压强。因而能够到达膜增湿器当中气水两边压强快速平衡的效果。设置上位水箱的含义在于多一重防护，避免气体进入水路中。

　　在实践使用过程中氢空两路的压强就别离用氢空两路本身干气来平衡。在开机运转时，先通气体，翻开气路的气动角座阀与干气旁路的气动角座阀，气体压力经过水传递到膜增湿器水侧，使膜增湿器两边压强平衡。再敞开水泵为气体供给增湿水。在关机运转时先封闭水泵再封闭气体阀门，这样就能够做到压强实时平衡。这儿还能够经过气水进膜增湿器前的压力传感器来检测两路压力，经过调理离心泵转速来对压力进行微调，如图2 所示。

　　核算最大增湿所需水量时，需求知道最大用气量和气体最大含湿量，咱们现已知道了测验台的最大用气量，而气体含湿量，如公式（3）所示。

　　默许进口为干气，则增湿后气体含水量能够彻底视作增湿耗水量，所以耗水量能够用公式（6）表明。

　　为求耗水量，取气体压力30 kPa（表压），相对湿度取60%，饱满蒸汽压为70 ℃下的ps=31.176kPa，mg 取氢空两边最大流量下的质量流量。

　　氮气单元首要效果是在测验前后，吹扫燃料电池电堆内的气体，起到安全维护效果。氮气经过过滤器和减压阀后直接进入进堆前的氢气空气管道。

　　氮气单元是由过滤器、减压阀、气动角座阀、压力传感器、吹扫标尺和走漏仪等组成的，依据操控功用状况能够划分红氮气回吹量操控体系、氮气走漏量操控体系。其特征在于氮气输入管道后，经过压力传感器实时监控管道的输入压力，经过过滤器后消除氮气中的杂质，在减压阀的效果下精确操控氮气管路压力。榜首路经过减压阀、球阀、走漏仪与燃料电池衔接，可快速检查出燃料电池的走漏状况。第二路经过减压阀、压力传感器、气动角座阀和吹扫标尺与燃料电池衔接，能够快速吹回相关测验气体。

　　氮气回吹量操控体系由压力传感器、过滤器、减压阀和吹扫标尺等组成。在测验过程中将燃料电池内的气体吹回，吹扫标尺记载相关数据来操控回吹程度，确保管路的安全性。

　　氮气走漏量操控体系由压力传感器、过滤器、减压阀、压力表和走漏仪等组成。在操控体系的效果下，经过输入氮气的压力，在燃料电池内部保压必定时刻后，从走漏仪中反响出测验的走漏量。

　　在电堆运转过程中，其热量排出方法有循环冷却水带出热量、反响气体带出热量、电堆对外辐射散热，其间电堆发生的热量90%都由循环冷却水带出。

　　冷却水单元由离心泵、加热水箱、板式换热器、份额调理阀、高水箱、温度传感器以及压力传感器组成。到达吸收电堆运转发生的热量，操控电堆运转温度，快速切换电堆运转温度的意图。

　　高水箱能够完结对水位的操控，确保冷却循环水单元和电堆中能够充溢水，而且能够完结在水位过低时主动补水的功用。加热水箱能够完结快速到达在初始温度和低功率下保持电堆温度的功用。板式换热器加份额调理阀能够到达敏捷切换冷却水温，改动电堆运转温度的效果。

　　咱们在核算冷却水量时，能够等效成一切热量都由循环冷却带出来进行核算。循环冷却水量与电堆的散热功率以及循环水进出堆温差有关，如公式（8）所示。

　　按满功率80 kW 核算，电堆的发电功率一般在40%～60%，所以其最大发热功率按120 kW 进行核算。冷却水进出电堆操控在5℃～10 ℃进行核算。

　　别的，循环冷却水的散热是经过板式换热器与外部二次水进行热交换，这儿咱们能够以为二次水的进出换热器温度差为5 ℃～10 ℃，带走的热量为120 kW，核算得到的二次水流量同循环冷却水流量。

　　主动补水单元衔接冷却循环水单元、氢气单元和空气单元。结合循环冷却水高水箱液位传感器、氢气增湿高水箱液位传感器和空气增湿高水箱液位传感器，能够完结缺水时主动补水功用。

　　二次冷却水管路衔接冷却循环水板式换热器、氢气增湿板式换热器、空气增湿板式换热器。能够完结冷却循环水、氢气增湿水、空气增湿水温度的快速下降。

　　直流电子负载体系用于燃料电池电堆的电流、电压及功率的丈量以及电堆发生能量的耗费。

　　电子负载体系经过以太网与测控体系通讯，可经过测控体系软件设置功率、电流、电压及作业形式，并读取电流、电压数据。

　　安全检测连锁报警体系包含氢气走漏过量报警、超温、超压、欠压、电子负载不稳以及供电电源不稳等。维护措施是带锁发动，一切回路闭环操控，体系紧急制动。电子负载体系经过以太网与测控体系通讯，可经过测控体系软件设置功率、电流、电压及作业形式，并读取电流、电压数据。

　　上位机及操控体系是整个测验台架的中心，首要包含上位机体系和PLC 操控体系。操控着整个台架自检、预发动、发动、发动完结、变载、泊车、吹扫和关机8 个运转状况，如图3 所示。

　　上位机体系装备NI 的多串口接口板（8 路RS232/RS485接口），别离与电子负载、PLC 操控体系、温控器、质量流量传感器以及主动背压控阀等通讯操控。装备NI 的单口CAN接口板与多达5 块的单电池检测体系通讯。经过上位机软件界面可完结氢燃料电池堆测验的各种操作、数据收集、测验曲线显现、测验数据存储、运转状况的显现以及测验成果的智能断定等。

　　PLC 操控体系选用西门子S7 300 系列PLC，数字量输入输出模块操控各个散布继电器输出、气动阀、电池阀动作、加热器开闭、按钮操控、按钮灯以及警示灯显现。模拟量输入模块收集各个部位相关压力和温度。

　　跟着燃料电池轿车技能的不断展开和燃料电池轿车的逐渐遍及，燃料电池轿车的安全与功用要求都会随之不断进步，燃料电池作为燃料电池轿车的中心零部件，其质量与功用直接影响燃料电池轿车的安全与功用，因而只需精确掌握燃料电池测验台架与测验技能在实践使用中的难点和要害点，进步质量检测目标的精确性和稳定性，燃料电池测验技能在燃料电池安装质量与功用操控中必将具有广泛的使用远景。

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