用于燃料电池的气密性测试模型及验证方法

技术领域

本发明属于燃料电池技术领域，尤其是涉及一种用于燃料电池的气密性测试模型及验证方法。

背景技术

燃料电池电堆中存在三个腔体，分别为氢气腔、空气腔和冷却液腔。三个腔体之间的窜漏量和三腔外漏量在电堆研发设计、生产装配和故障分析中起到不可替代的作用，为保证燃料电池电堆正常运行，在电堆研发设计阶段电堆窜漏、外漏应该有理论值，生产装配阶段应该保证电堆窜漏、外漏的一致性，故障分析中结合出厂的气密测试数据和故障发生后的测试数据进行分析。

气密性测试台通过各个阀门的开关、压力控制和流量监控来实现压降法和流量法的气密测试功能。对于不同的测试功能，气密测试台有不同的测试流程，在软件流程设计、验证和调试过程中，需要实物测试台中阀门不断的开关，这种方式对于调试气体成本、调试时间成本和人力成本耗费较多，并且多次的调试降低了测试台中阀门的使用寿命。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明提供了一种用于燃料电池的气密性测试模型及验证方法，至少部分的解决现有技术中存在的成本高且降低阀门使用寿命的问题。

第一方面，本公开实施例提供了一种用于燃料电池的气密性测试模型，包括：基于阀门特性构建的阀门模块，所述阀门模块包括开关阀模块、调压阀模块和减压阀模块，基于气源特性构建的气源模块，基于管路特性构建的管路模块，基于压力传感器特性构建的压力传感器模块，以及基于质量流量传感器特性构建的质量流量传感器模块；

所述气源模块与减压阀模块连接，减压阀模块与第一调压阀模块连接，所述减压阀模块与第一调压阀模块之间设置第一管道模块和第一压力传感器模块，第一调压阀模块与第二调压阀模块连接，所述第一调压阀模块和第二调压阀模块之间设置第二管道模块、第二压力传感器模块、质量流量传感器模块和第三管道模块，被测件模块包括三路输入和三路输出，三路输入分别与第二调压阀模块、第三调压阀模块和第四调压阀模块连接，第二调压阀模块、第三调压阀模块和第四调压阀模块的输入均与第三管道模块连接，三路输入上分别设置第三压力传感器模块、第四压力传感器模块和第五压力传感器模块，三路输出分别与第五调压阀模块、第六调压阀模块和第七调压阀模块的输入端连接，所述第五调压阀模块、第六调压阀模块和第七调压阀模块的输出均与第四管道模块的输入连接，第四管道模块的输出与尾排模块连接。

可选的，所述气源模块为恒压气源。

可选的，还包括容腔模块，所述容腔模块为基于容腔特性构建的。

可选的，所述开关阀模块，用于通过信号对阀门进行开关控制。

可选的，所述调压阀模块，用于通过PWM信号对阀门进行开关控制，实现调压作用。

可选的，所述减压阀模型，用于对前端气体进行减压，输出稳定的中压气。

可选的，模型与Labview或simulink的接口进行通信验证。

第二方面，本公开实施例还提供了一种用于燃料电池的气密性测试验证方法，用于第一方面任一所述的用于燃料电池的气密性测试模型，所述方法包括：

选择测试气体介质和相应的测试策略，设置测试目标压力Y1和测试时间T1；

按照测试策略打开第二调压阀模块、第三调压阀模块、第四调压阀模块、第五调压阀模块、第六调压阀模块和第七调压阀模块；

当第二调压阀模块、第三调压阀模块、第四调压阀模块、第五调压阀模块、第六调压阀模块和第七调压阀模块都打开后，开启测试开关；

获取第三压力传感器模块、第四压力传感器模块和第五压力传感器模块监测的压力，将监测点的初始压力调整为目标压力Y1，所述初始压力为Y2；

当监测点的初始压力调整到目标压力Y1时进行计时，计时时间为T2；

当计时时间T2等于测试时间T1时，读取监测点结束压力Y3，根据在T2时间段的初始压力Y2，结束压力Y3得到测试结束的压力降Y4；

基于时间T2内的压降Y4，根据测试过程中阀门开启状态判断测试流程是否合理。

可选的，所述气体介质，包括氢气、氦气或空气。

可选的，Y4＝Y3-Y2。

本发明提供的用于燃料电池的气密性测试模型及验证方法。其中该用于燃料电池的气密性测试模型，通过对台架中不同阀门的特性进行建模，使用模型对软件流程进行模拟验证，大大减少了人力、物力的支出，并且可以在较短的时间内验证软件流程的稳定性和可靠性，且使用模型进行模拟验证，不影响阀门的使用寿命。

附图说明

通过结合附图对本公开示例性实施例进行更详细的描述，本公开的上述以及其它目的、特征和优势将变得更加明显，其中，在本公开示例性实施例中，相同的参考标号通常代表相同部件。

图1为本公开实施例提供的用于燃料电池的气密性测试模型的建立流程图；

图2为本公开实施例提供的用于燃料电池的气密性测试模型中零部件参数说明；

图3为本公开实施例提供的用于燃料电池的气密性测试模型的原理示意图；

图4为本公开实施例提供的State chart模型示意图；

图5为本公开实施例提供的用于燃料电池的气密性测试验证方法的流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本公开实施例进行详细描述。

应当明确，以下通过特定的具体实例说明本公开的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本公开的其他优点与功效。显然，所描述的实施例仅仅是本公开一部分实施例，而不是全部的实施例。本公开还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本公开的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。基于本公开中的实施例，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，都属于本公开保护的范围。

需要说明的是，下文描述在所附权利要求书的范围内的实施例的各种方面。应显而易见，本文中所描述的方面可体现于广泛多种形式中，且本文中所描述的任何特定结构及/或功能仅为说明性的。基于本公开，所属领域的技术人员应了解，本文中所描述的一个方面可与任何其它方面独立地实施，且可以各种方式组合这些方面中的两者或两者以上。举例来说，可使用本文中所阐述的任何数目个方面来实施设备及/或实践方法。另外，可使用除了本文中所阐述的方面中的一或多者之外的其它结构及/或功能性实施此设备及/或实践此方法。

还需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本公开的基本构想，图示中仅显示与本公开中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。

另外，在以下描述中，提供具体细节是为了便于透彻理解实例。然而，所属领域的技术人员将理解，可在没有这些特定细节的情况下实践所述方面。

如图1、图3和图4所示，本实施例公开了一种用于燃料电池的气密性测试模型，包括：基于阀门特性构建的阀门模块，所述阀门模块包括开关阀模块、调压阀模块和减压阀模块，基于气源特性构建的气源模块，基于管路特性构建的管路模块，基于压力传感器特性构建的压力传感器模块，以及基于质量流量传感器特性构建的质量流量传感器模块；

所述气源模块与减压阀模块连接，减压阀模块与第一调压阀模块连接，所述减压阀模块与第一调压阀模块之间设置第一管道模块和第一压力传感器模块，第一调压阀模块与第二调压阀模块连接，所述第一调压阀模块和第二调压阀模块之间设置第二管道模块、第二压力传感器模块、质量流量传感器模块和第三管道模块，被测件模块包括三路输入和三路输出，三路输入分别与第二调压阀模块、第三调压阀模块和第四调压阀模块连接，第二调压阀模块、第三调压阀模块和第四调压阀模块的输入均与第三管道模块连接，三路输入上分别设置第三压力传感器模块、第四压力传感器模块和第五压力传感器模块，三路输出分别与第五调压阀模块、第六调压阀模块和第七调压阀模块的输入端连接，所述第五调压阀模块、第六调压阀模块和第七调压阀模块的输出均与第四管道模块的输入连接，第四管道模块的输出与尾排模块连接。

建立一个简单的模型举例说明该方法的具体实施方法。由于阀门本身的特性对于测试流程的验证影响较小，在建立模型中，忽略阀门本身的特性。模型中零部件参数说明如图2所示。

可选的，所述气源模块为恒压气源。

可选的，还包括容腔模块，所述容腔模块为基于容腔特性构建的。

可选的，所述开关阀模块，用于通过信号对阀门进行开关控制。

可选的，所述调压阀模块，用于通过PWM信号对阀门进行开关控制，实现调压作用。

可选的，所述减压阀模型，用于对前端气体进行减压，输出稳定的中压气。

可选的，模型与Labview或simulink的接口进行通信验证。

图3中的K1、K2、K3、K4、K5、K6分别控制第二调压阀模块、第三调压阀模块、第四调压阀模块、第五调压阀模块、第六调压阀模块和第七调压阀模块。

控制信号输入第一调压阀模块，P1、P2、P3、P4、P5分别为第一压力传感器模块、第二压力传感器模块、第三压力传感器模块、第四压力传感器模块和第五压力传感器模块的监测信号。

软件流程验证：

State chart中编写模型策略：基于测试流程(以压降法为例)建立控制策略模型，如图4所示。

模型可设置与Labview、simulink的接口进行程序验证，其中Labview为工业设备常用的上位机软件，当labview与所建立的模型进行验证后的软件流程可以直接与实物对接进行使用。

如图3和图5所示，本实施例还公开了一种用于燃料电池的气密性测试验证方法，用于第本实施公开的用于燃料电池的气密性测试模型，所述方法包括：

选择测试气体介质和相应的测试策略，设置测试目标压力Y1和测试时间T1；

按照测试策略打开第二调压阀模块、第三调压阀模块、第四调压阀模块、第五调压阀模块、第六调压阀模块和第七调压阀模块；

当第二调压阀模块、第三调压阀模块、第四调压阀模块、第五调压阀模块、第六调压阀模块和第七调压阀模块都打开后，开启测试开关；

获取第三压力传感器模块、第四压力传感器模块和第五压力传感器模块监测的压力，将监测点的初始压力调整为目标压力Y1，所述初始压力为Y2；

当监测点的初始压力调整到目标压力Y1时进行计时，计时时间为T2；

当计时时间T2等于测试时间T1时，读取监测点结束压力Y3，根据在T2时间段的初始压力Y2，结束压力Y3得到测试结束的压力降Y4；

基于时间T2内的压降Y4，根据测试过程中阀门开启状态判断测试流程是否合理。

可选的，所述气体介质，包括氢气、氦气或空气。

可选的，Y4＝Y3-Y2。

本实施例的公开的测试模型具有以下优点：

1.对气密性测试台开发过程中，对软件流程调试提出一种基于模型的验证方法，减少人力、物力的成本，减少调试过程中台架中阀门寿命损耗；

2.基于模型确定台架测试流程的效率高，测试流程验证有所依据；

3.模型与不同的控制软件有通讯接口，经过验证的测试流程可直接移植到设备中进行使用。

以上结合具体实施例描述了本公开的基本原理，但是，需要指出的是，在本公开中提及的优点、优势、效果等仅是示例而非限制，不能认为这些优点、优势、效果等是本公开的各个实施例必须具备的。另外，上述公开的具体细节仅是为了示例的作用和便于理解的作用，而非限制，上述细节并不限制本公开为必须采用上述具体的细节来实现。

在本公开中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。诸如“包括”、“包含”、“具有”等等的词语是开放性词汇，指“包括但不限于”，且可与其互换使用。这里所使用的词汇“或”和“和”指词汇“和/或”，且可与其互换使用，除非上下文明确指示不是如此。这里所使用的词汇“诸如”指词组“诸如但不限于”，且可与其互换使用。

另外，如在此使用的，在以“至少一个”开始的项的列举中使用的“或”指示分离的列举，以便例如“A、B或C的至少一个”的列举意味着A或B或C，或AB或AC或BC，或ABC(即A和B和C)。此外，措辞“示例的”不意味着描述的例子是优选的或者比其他例子更好。

还需要指出的是，在本公开的系统和方法中，各部件或各步骤是可以分解和/或重新组合的。这些分解和/或重新组合应视为本公开的等效方案。

可以不脱离由所附权利要求定义的教导的技术而进行对在此所述的技术的各种改变、替换和更改。此外，本公开的权利要求的范围不限于以上所述的处理、机器、制造、事件的组成、手段、方法和动作的具体方面。可以利用与在此所述的相应方面进行基本相同的功能或者实现基本相同的结果的当前存在的或者稍后要开发的处理、机器、制造、事件的组成、手段、方法或动作。因而，所附权利要求包括在其范围内的这样的处理、机器、制造、事件的组成、手段、方法或动作。

提供所公开的方面的以上描述以使本领域的任何技术人员能够做出或者使用本公开。对这些方面的各种修改对于本领域技术人员而言是非常显而易见的，并且在此定义的一般原理可以应用于其他方面而不脱离本公开的范围。因此，本公开不意图被限制到在此示出的方面，而是按照与在此公开的原理和新颖的特征一致的最宽范围。

为了例示和描述的目的已经给出了以上描述。此外，此描述不意图将本公开的实施例限制到在此公开的形式。尽管以上已经讨论了多个示例方面和实施例，但是本领域技术人员将认识到其某些变型、修改、改变、添加和子组合。