模拟位置偏置的燃料电池测试台

技术领域

本发明涉及燃料电池电堆技术应用领域，具体地，涉及一种模拟位置偏置的燃料电池测试台。

背景技术

燃料电池是一种能够将燃料和氧化剂的化学能直接转化成电能的发电装置。无论是进行工业生产还是科学研究，都要对燃料电池进行测试。在测试中，测试台需要为燃料电池提供一定压力、温度、湿度和流量的反应气体。但是在实际应用中，同一燃料电池在不同车型中的摆放位置可能不同，在不同路况下的相对位置也有可能发生改变。因此有必要对不同摆放情况的电堆特性进行测试。

在燃料电池的运行过程中，需要向电池内部通入一定湿度的气体或者作为反应物，通入水或者防冻液作为电池的冷却液。同时电池在反应过程中也会有液态水的生成。所有在电池中流动的介质，它们的流速、压强以及分布均匀性都会对电池性能产生影响。1)电池内部反应气体分布是否均匀直接影响电池性能；2)电池内部排水与重力及反应气流速有关，排水不畅造成水淹会影响电池性能；3)电池冷却液分布不均造成电池温度分布不均影响电池性能。对于电池来说，各种介质的分布在电池的两个转动自由度上会受到重力的影响，在现有的燃料电池测试中，电池的摆放情况都是固定的，而实际车载使用状态下，电池的摆放情况会根据车内布局进行一些调整，同时在上坡、下坡、颠簸路况下，电池的位置角度又会发生一些变化，这些情况都会对电池的性能产生影响。

综上所述对于燃料电池测试，传统的测试方式电池运行状态较为单一，无法模拟实际车辆使用中不同位置偏置下的情况。

专利文献CN102621499A公开了一种用于测试燃料电池堆的装置，包括：工作气体供给系统，与燃料电池相连，工作气体供给系统包括：氢气管路和空气管路；氢气管路上设有第一流量控制单元，第一流量控制单元用于检测和控制氢气的流量；空气管路上设有第二流量控制单元，第二流量控制单元用于检测和控制空气的流量；控制系统，与第一流量控制单元和第二流量控制单元分别电连接，控制系统用于收集第一流量控制单元和第二流量控制单元发出的检测信号，以记录氢气管路中的氢气流量和空气管路的空气流量，但该设计不能模拟车载电池处于运动状况下的测试。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种模拟位置偏置的燃料电池测试台。

根据本发明提供的一种模拟位置偏置的燃料电池测试台，包括燃料电池性能检测系统以及位置偏置模拟系统；

所述位置偏置模拟系统包括电池固定装置以及位置控制子系统；

所述电池固定装置与所述位置控制子系统电连接，所述电池固定装置用于安装被测电池并用于调整被测电池的倾斜角度，所述燃料电池性能检测系统连接所述被测电池。

优选地，所述燃料电池性能检测系统包括阴阳极气体供应子系统、冷却子系统、加湿子系统、背压控制子系统、负载以及电化学工作站；

所述阴阳极气体供应子系统产生的阴极气体、阳极气体依次经过冷却子系统、加湿子系统后与所述被测电池连接，所述背压控制子系统、负载、电化学工作站分别连接所述被测电池，其中，所述背压控制子系统用于维持阴极气体、阳极气体在设定压力，所述负载用于消耗被测电池产生的电量。

优选地，所述位置控制子系统包括位置控制结构以及位置计算单元，所述位置计算单元与所述位置控制结构电连接。

优选地，所述位置控制结构包括采用如下任一种结构：

-机械臂，所述机械臂能够实现两个自由度的动作；

-包括三个或三个以上的调节杆。

优选地，当所述位置控制结构采用机械臂时，所述电池固定装置采用夹持装置加持所述被测电池，所述夹持装置安装在所述机械臂上。

优选地，当所述位置控制结构采用调节杆时，所述电池固定装置采用载物台，所述载物台上设置有多个定位孔。

优选地，所述调节杆通过采用流体缸驱动或电机驱动能够伸长或缩短。

优选地，所述调节杆与所述载物台活动配合。

优选地，所述机械臂通过所具有的两个转动关节实现两个自由度的调节。

优选地，所述夹持装置包括夹持板以及连接件，所述被测电池通过多个夹持板并通过连接件固定，其中所述夹持板与机械臂可拆卸连接。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

1、本发明将位置偏置模拟系统与燃料电池性能检测系统结合起来，实现了被测电池在测试过程中对位置角度的灵活调整，测试不同角度下电池的运行状态，模拟电池真实的工作状态，解决了现有技术中电池测试状态单一的现状，实现了在线模拟电池位置不断变化的情况下研究燃料电池电堆在车用工况下运行时的状况，实现了全位置状态下燃料电池电堆的性能测试。

2、本发明能够根据被测电池的重量选择不同的固定装置，以实现不用的应用场景，结构灵活实用，应用广泛。

3、本发明中当采用机械手固定被测电池时，可以采用多种夹持装置对不同型号的被测电池进行固定，实用性强。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为本发明的系统原理图；

图2为本发明中燃料电池电堆的结构示意图；

图3为位置控制结构一个实施例的结构示意图。

图中示出：

阴阳极气体供应子系统1 负载5

冷却子系统2 电化学工作站6

加湿子系统3 机械臂7

背压控制子系统4 夹持装置8

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。

实施例1：

本发明提供了一种模拟位置偏置的燃料电池测试台，如图1～图3所示，包括燃料电池性能检测系统以及位置偏置模拟系统，所述位置偏置模拟系统包括电池固定装置以及位置控制子系统，所述电池固定装置与所述位置控制子系统电连接，所述电池固定装置用于安装被测电池并用于调整被测电池的倾斜角度，所述燃料电池性能检测系统连接所述被测电池，本发明中被测电池优选为燃料电池或燃料电池电堆，所述位置控制子系统包括位置控制结构以及位置计算单元，所述位置计算单元与所述位置控制结构电连接，通过位置计算单元能够控制位置控制结构的动作，用以实现模拟燃料电池电堆在各种位置角度下的检测。

具体地，在实际应用中，所述位置控制结构能够采用多种结构形式，例如采用机械臂7，所述机械臂7能够实现两个自由度的动作，当所述位置控制结构采用机械臂7时，所述电池固定装置采用夹持装置8加持所述燃料电池电堆，所述夹持装置8安装在所述机械臂7上，在一个优选例中，所述夹持装置8包括夹持板以及连接件，所述燃料电池电堆通过多个夹持板夹持并通过连接件固定，连接件可以采用螺栓，也可以采用其他用于实现夹持板夹持紧固的结构，其中所述夹持板与机械臂7可拆卸连接，例如，所述机械臂7通过所具有的两个转动关节实现两个自由度的调节。

进一步地，位置计算单元还可以采用带有调节杆的结构，包括三个或三个以上的调节杆，当所述位置控制结构采用调节杆时，所述电池固定装置采用载物台，所述载物台上设置有多个定位孔，由于固定被检测的燃料电池电堆，所述调节杆可以采用多种方式实现高度的调节，包括采用流体缸驱动，例如气缸、再例如油缸。所述调节杆的高度调节还包括采用电机驱动，最终能够实现调节杆的伸长或缩短，在调节杆伸长或缩短的过程中能够实现载物台的整体位置的调整，所述调节杆与所述载物台活动配合，例如，调节杆与所述载物台的连接部位采用转轴连接的可转动配合。

进一步地，如图1所述，所述燃料电池性能检测系统包括阴阳极气体供应子系统1、冷却子系统2、加湿子系统3、背压控制子系统4、负载5以及电化学工作站6，所述阴阳极气体供应子系统1产生的阴极气体、阳极气体依次经过冷却子系统2、加湿子系统3后与所述被测电池连接，所述背压控制子系统4、负载5、电化学工作站6分别连接所述被测电池，其中，所述背压控制子系统4用于维持阴极气体、阳极气体在设定压力，所述负载5用于消耗被测电池产生的电量。

上面对本申请的基本实施例进行了说明，下面结合基本实施例的优选例和/或变化例，对本申请进行更为具体的说明。

实施例2：

如图1所示，一种模拟位置偏置的燃料电池测试台，包括燃料电池性能检测系统、位置偏置模拟系统，燃料电池电堆性能检测系包括阴阳极气体供应子系统1、冷却子系统2、加湿子系统3、背压控制子系统4、负载5、电化学工作站6，阴阳极气体供应子系统1用来供给设定气量的阴阳极气体，如阳极气体为氧气，阴极气体为氢气；冷却子系统2用来控制膜电极工作温度，通过并联设置的第一管路和第二管路，第二管路中设置有降温设备，因此经过第二管路的气体温度变低，因此通过控制在第一管路和第二管路中的流量最终获得气体温度的控制；加湿子系统3用来保证阴阳极气体达到设定湿度；背压控制子系统4用来保证阴阳极气体达到设定压力，当压力过大时打开阀门泄压；负载5用于消耗电池反应产生的电量，可以连接多种用电装置；电化学工作站6辅助完成膜电极相关参数监测，最终获得完整的检测数据，形成检测报告。

位置偏置模拟系统包括电池固定装置和位置控制子系统。电池固定装置用于固定被测对象燃料电池电堆，电池固定装置可以为一个夹持机械手，用于夹持电池使其角度偏置时不会发生滑移脱落。位置控制子系统用于对燃料电池电堆位置偏置角度进行控制。如图2所示，对于一个燃料电池电堆来说，只有当电池位置绕X轴转动自由度和Y轴转动自由度发生角度偏置时，其内部各介质的流动和分布才会因重力的原因而发生改变。当电池位置仅绕Z轴转动自由度发生角度偏置时，并不对分布产生影响。位置控制子系统可以为一个可控制X轴和Y轴两个转动自由度的机械臂7。可实现两自由度的任意旋转，同时可对电池的角度状态进行记录。位置偏置模拟系统可在电堆测试时手动调整固定角度进行电池测试，也可以根据设定动态变换偏置角度来实现复杂工况下的电池测试。

实施例3：

一种模拟位置偏置的燃料电池测试台，包括燃料电池性能检测系统、位置偏置模拟系统，在应用过程中存在大电堆重量较大，小型机械手不易实现固定夹持以及角度变化的问题。如图3，针对大型燃料电池电堆，电池固定装置可以为一个具有多处定位孔的载物台，测试时可将电堆与载物台以螺栓或卡扣等方式锁紧以保证其角度偏置时不会发生滑移脱落。位置控制子系统可以在载物台四个方位设置长度可控丝杆，调节四个丝杆长度可以实现电堆位置偏置角度。

在本申请的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。