一种氢燃料电池短路试验测试装置

技术领域

本发明属于氢燃料电池测试领域，尤其是涉及一种氢燃料电池短路试验测试装置。

背景技术

氢燃料电池是一种将氢气和氧气的化学能通过电化学反应直接转换为电能的复杂装置，其具有发电效率高、无污染、比能量高的特点，氢气作为燃料电池的反应气源之一，由于其易燃易爆等特性，使得氢燃料电池所带来的热失控危害更加引起广大学者的注意，其中，短路是触发氢燃料电池热失控的重要原因之一，氢燃料电池发生短路时会瞬间产生较大短路电流，短时间内使电池聚集大量热量，易使电池发生不可逆损坏甚至引起热失控爆炸，因此，观察氢燃料电池短路情况，可以有效防止电池由于短路电流而引起严重事故，开发研究氢燃料电池短路试验的测试装置对于氢燃料电池行业的发展具有十分重大的研究意义。

发明内容

有鉴于此，本发明旨在提出一种氢燃料电池短路试验测试装置，以防止电池由于短路电流而引起严重事故。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种氢燃料电池短路试验测试装置，包括空气滤清器、空气流量计、氢气储存机构、氢气减压阀、氢气流量计、进口氢气截止阀、出口氢气截止阀、尾气输出机构、短路试验台、数据采集机构、数据处理机构和控制机构，空气流量计通过第一管路连接至样品的空气输入端，所述第一管路上安装空气滤清器，短路试验台通过导线依次连接数据采集机构、所述数据处理机构，短路试验台还通过导线连接至样品的正负极，氢气储存机构通过第二管路连接至样品的氢气输入端，且所述第二管路自氢气储存机构至样品的氢气输入端上依次安装氢气减压阀、氢气流量计、进口氢气截止阀，尾气输出机构通过第三管路连接至样品的氢气输出端，空气流量计和氢气流量计分别导线连接至控制机构，空气流量计、短路试验台、进口氢气截止阀和出口氢气截止阀之间均独立设置，样品的空气输出端直接通过第四管路连接大气。

进一步的，所述短路试验台的线路选用工业级短路开关及全铜接线柱和内部铜排导流。

进一步的，所述短路试验台采用嵌入式无风扇工业控制机。

进一步的，所述数据采集机构采用功率分析仪。

进一步的，所述数据处理机构包括集成一体的工控机、显示器、电气柜，工控机通过导线分别连接至显示器、电气柜。

进一步的，所述氢气储存机构为氢气瓶。

进一步的，所述尾气输出机构为排风机。

相对于现有技术，本发明所述的一种氢燃料电池短路试验测试装置具有以下有益效果：

(1)本发明所述的一种氢燃料电池短路试验测试装置，通过控制机构、数据采集机构、数据处理机构和短路试验台、能够观察氢燃料电池短路情况，包括短路电压、短路电流、样品表面温度、短路后样品情况等，解决氢燃料电池短路试验观测问题，有利于防止氢燃料电池由于短路电流而引起严重事故。

(2)本发明所述的一种氢燃料电池短路试验测试装置，所述短路试验台采用嵌入式无风扇工业控制机，软件基于WINDOWS环境，能够精确控制短路时间，短路时间达到设定值后立即断开，具备良好的人机交互界面，能实现试验数据的采集、显示、存储、查询、打印等功能，具有管理员、操作员密码设定功能，数据采集机构能够自动记录并保存试验过程中的电池电压、温度、电流等数据信息，数据处理机构对测试的各类参数能实时检测采集并分别显示数据能，自动生成并记录测试报告及曲线，试验过程中实时显示曲线，曲线能导出为图片、Excel或Txt格式，具有优良的抗干扰能力、优良的重复性和可靠性，所述尾气输出机构为氢气排出机构，用于排出过滤后的氢气，出口氢气截止阀用于关闭和接通氢气支路，空气滤清器用于过滤进入空气支路的空气，所述氢气储存机构为氢气瓶，用于储存高压氢气。

附图说明

构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本发明实施例所述的一种氢燃料电池短路试验测试装置的示意图。

附图标记说明：

1-空气滤清器；2-空气流量计；3-氢气储存机构；4-氢气减压阀；5-氢气流量计；6-进口氢气减压阀；7-样品；8-出口氢气减压阀；9-尾气输出机构；10-短路试验台；11-数据采集机构；12-数据处理机构；13-电源；14-控制机构。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“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发明和简化描述，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发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

一种氢燃料电池短路试验测试装置包括：包括空气滤清器1、空气流量计2、氢气储存机构3、氢气减压阀4、氢气流量计5、进口氢气截止阀6、出口氢气截止阀8、尾气输出机构9、短路试验台10、数据采集机构11、数据处理机构12和控制机构14，空气流量计2通过第一管路连接至样品7的空气输入端，所述第一管路上安装空气滤清器1，短路试验台10通过导线依次连接数据采集机构11、所述数据处理机构12，且短路试验台10与数据采集机构11、所述数据处理机构12的连接关系均为电连接，短路试验台10还通过导线连接至样品7的正负极，且短路试验台10与样品7的正负极的连接关系为电连接，氢气储存机构3通过第二管路连接至样品7的氢气输入端，且所述第二管路自氢气储存机构3至样品7的氢气输入端上依次安装氢气减压阀4、氢气流量计5、进口氢气截止阀6，尾气输出机构9通过第三管路连接至样品7的氢气输出端，空气流量计2和氢气流量计5分别导线连接至控制机构14，空气流量计2和氢气流量计5分别信号连接至控制机构14，空气流量计2、短路试验台10、进口氢气截止阀6和出口氢气截止阀8之间均独立设置，样品7的空气输出端直接通过第四管路连接大气，空气流量计2、氢气流量计5、短路试验台10和控制机构14分别导线连接至电源13，且电源13与空气流量计2、氢气流量计5、短路试验台10、控制机构14的连接关系均为电连接，空气流量计2和氢气流量计5的型号为alicat KM3100，进口氢气截止阀6和出口氢气截止阀8均是球阀，且型号为swagelok SS-43GS4，氢气减压阀4是机械阀，且型号为tescom 44-2260-242-009，控制机构14为PLC，且型号为SIMATIC S7-1200，控制机构14会根据使用者选定的氢气流量、空气流量与氢气流量传感器、空气流量传感器反馈，分别送信号至氢气流量计5、空气流量计2，达到控制氢气流量和空气流量设定的要求，空气流量计2为可变空气体积流量计，在控制机构14发出的信号指令下改变输出的空气体积流量，短路试验台10主要用于控制进口氢气和空气的流量，进行氢燃料电池(样品7)短路试验操作，记录并保存试验过程中的电池电压、温度、电流等数据信息，氢气减压阀4用于对氢气储存机构3输出的高压氢气进行减压，氢气流量计5为可变氢气体积流量计，在控制机构14发出的信号指令下改变输出的氢气体积流量，进口氢气截止阀6为球阀，用于关闭和接通氢气支路，一种氢燃料电池短路试验测试装置能够观察氢燃料电池短路情况，包括短路电压、短路电流、样品表面温度、短路后样品情况等，解决氢燃料电池短路试验观测问题，有利于防止氢燃料电池由于短路电流而引起严重事故。

所述短路试验台10采用嵌入式无风扇工业控制机，软件基于WINDOWS环境，能够精确控制短路时间，短路时间达到设定值后立即断开，具备良好的人机交互界面，能实现试验数据的采集、显示、存储、查询、打印等功能，具有管理员、操作员密码设定功能；

所述数据采集机构11采用功率分析仪，能够采集包括1路电流、16路温度(温度范围0℃～1200℃)和1路电压(量程可定制/100V)的信号，数据采集机构11能够自动记录并保存试验过程中的电池电压、温度、电流等数据信息；

所述数据处理机构12包括集成一体的工控机、显示器、电气柜，工控机通过导线分别连接至显示器、电气柜，且工控机与显示器、电气柜的连接关系均为信号连接，所述电气柜采用琴台式非标电气柜，所述工控机采用集合诚无风扇嵌入式FEBC-5220原装工控机，Intel I5 CPU，8G内存，512G固态硬盘，显示器采用Dell 19”液晶显示器，便于实验操作，数据处理机构12对测试的各类参数能实时检测采集并分别显示数据能，自动生成并记录测试报告及曲线，试验过程中实时显示曲线，曲线能导出为图片、Excel或Txt格式，具有优良的抗干扰能力、优良的重复性和可靠性；

所述氢气储存机构3为氢气瓶，用于储存高压氢气；

所述尾气输出机构9为为排风机，用于排出过滤后的氢气，出口氢气截止阀8用于关闭和接通氢气支路，空气滤清器1用于过滤进入空气支路的空气；

所述电源13为220V的低压电源，保证试验的正常进行，电源13用于给空气流量计2、氢气流量计5、短路试验台10、控制机构14供电。

本发明的工作原理：

样品7为被测试氢燃料电池；

首先工作人员根据氢气和空气的体积流量目标值，在控制机构14设定需要的氢气和空气体积流量值；然后工作人员手动打开氢气储存机构3和进口氢气截止阀6、出口氢气截止阀8，控制装置14根据测试需求及时调整氢气流量计5或空气流量计2，使得进入样品7的氢气和空气的体积流量达到在控制机构14设定的目标值，然后工作人员手动关闭进口氢气截止阀6、出口氢气截止阀8，利用进口氢气截止阀6、出口氢气截止阀8在样品7的氢气路中保留氢气(模拟发动机系统检测到短路后中断氢气供应，但管路中仍存在氢气的情况)，工作人员通过短路试验台10对样品7进行短路试验操作，操作时间持续10s，数据采集机构11自动记录电压和电流的数值，数据处理机构12将数据采集机构11记录的电压和电流的数值，自动生成并记录测试报告及曲线，且实时显示曲线，便于工作人员观察，工作人员观察样品7，且时间为1min，然后工作人员用温枪测量样品7表面温度，记录样品7表面温度，若样品7表面温度异常升高，则终止试验；若样品7表面温度无异常升高，工作人员则手动打开进口氢气截止阀6、出口氢气截止阀8，使样品7重新充满氢气，继续短路试验操作，且持续时间为60s，数据采集机构11自动记录电压和电流的数值，数据处理机构12将数据采集机构11记录的电压和电流的数值，自动生成并记录测试报告及曲线，且实时显示曲线，便于工作人员观察，然后工作人员继续观察样品7，且观察时间为1min，然后工作人员再次用温枪测量样品7表面温度，记录样品7表面温度，若样品7表面温度异常升高，则终止试验，实验失败；若样品7表面温度无异常升高，则实验结束，数据采集机构11自动记录短路电压和短路电流的数值，数据处理机构12将数据采集机构11记录的短路电压和短路电流的数值，自动生成并记录测试报告及曲线，且实时显示曲线，曲线能导出为图片、Excel或Txt格式，便于工作人员观察，且工作人员需要记录所述温枪上显示的样品7表面温度。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。