一种燃料电池发动机高低温交变湿热测试装置及测试方法

技术领域

本发明属于燃料电池发动机测试技术领域，具体涉及一种燃料电池发动机高低温交变湿热测试装置及测试方法。

背景技术

燃料电池发动机进行高低温交变湿热试验目的是为了在高温低湿、高温高湿等不同环境的测试条件下，贮存、运输、运行使用时的适应性试验。高低温交变湿热试验是检测燃料电池对高低温及湿热环境的耐温耐湿适应性，观察燃料电池受环境应力的性能变化情况。目前高低温交变湿热试验传统测试方法是在试验前对燃料电池进行初始放电性能测试，停机后再放入高低温交变湿热箱进行停机状态下的环境试验，试验完成后取出再对燃料电池性能进行放电性能检测，在高低温交变湿热箱测试过程中无法对燃料电池发动机进行放电性能检测，因此不能及时在测试过程发现燃料电池发动机性能受环境影响的变化情况，从而缺少了燃料电池发动机使用中对真实环境的模拟。随着氢燃料电池技术和商业化的普及，燃料电池发动机装车数量越来越多，对燃料电池发动机测试模拟真实使用环境越来越重要，在高低温交变湿热箱测试过程中对燃料电池发动机进行性能检测，来检验其环境适应性提出了更高要求，特别对燃料电池发动机的运行状态、防爆设计、氢气监测系统等测试保护措施的要求很高。目前的测试过程中无法在高低温交变湿热箱内进行燃料电池发动机放电性能检测，不能及时发现燃料电池发动机受环境影响的性能变化情况，无法模拟实车运行状态的环境适应性。同时传统的高低温交变湿热箱没有做涉氢方面的防爆、氢气监测系统、强排风等安全设计。

发明内容

为了克服现有技术的上述缺点，本发明的目的是提供一种燃料电池发动机高低温交变湿热测试装置，旨在解决现有技术存在的问题。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种燃料电池发动机高低温交变湿热测试装置，包括：

高低温交变湿热箱，所述高低温交变湿热箱上设有氢气监测装置、消防装置、强排风装置、氢气输入组件、空气输入装置、传感器组件和箱体控制器；

所述氢气监测装置的检测端置于所述高低温交变湿热箱内；

所述氢气输入组件的输出端置于所述高低温交变湿热箱内，在所述氢气输入组件上设有氢气输入控制装置；

所述消防装置的输出端置于所述高低温交变湿热箱内，在所述消防装置上设有消防水控制装置；

所述传感器组件包括设于所述高低温交变湿热箱内的压力传感器、湿度传感器、温度传感器、烟雾传感器；

所述箱体控制器分别与所述有氢气监测装置、消防装置、强排风装置、氢气输入组件、传感器组件电性连接。

优选的，所述高低温交变湿热箱包括箱体侧板、箱体顶板、箱体底板和箱体门体，所述箱体侧板、箱体顶板、箱体底板和箱体门体相互连接形成用于测试的空间。

优选的，所述箱体侧板、箱体顶板、箱体底板和箱体门体的结构相同，所述箱体侧板包括钢板件和隔热阻燃棉，所述钢板件的数量为两个，所述隔热阻燃棉设于两个所述钢板件之间。

优选的，所述强排风装置包括强排风扇，所述空气输入装置为鼓风机，所述强排风扇设于所述箱体顶板处，所述鼓风机设于所述箱体侧板处。

优选的，所述氢气输入组件包括氢气输送管路，所述氢气输入控制装置包括减压阀、压力表和氢气管电磁阀，所述箱体侧板上设有与所述氢气输送管路的一端相配合的箱体预留口，所述氢气管电磁阀与所述箱体控制器电性连接。

优选的，所述消防装置包括消防水管件和喷淋器，所述消防水控制装置为消防水管电磁阀，所述消防水管电磁阀设于所述消防水管件，所述消防水管件的一端与所述喷淋器连接，所述喷淋器设于所述高低温交变湿热箱内。

优选的，所述压力传感器、湿度传感器、温度传感器设于所述箱体侧板，所述氢气监测装置、烟雾传感器设于所述箱体顶板。

优选的，所述箱体顶板出设有防爆窗。

本发明还包括一种燃料电池发动机高低温交变湿热测试方法，采用上述所述的燃料电池发动机高低温交变湿热测试装置，其特征在于，包括以下步骤：

S1、将燃料电池发动机水平放入高低温交变湿热箱内，把电源和负载电线接到燃料电池发动机上，然后把纯水管路和热管理装置的管道接到燃料电池发动机上，同时将氢气、空气管道接入燃料电池发动机，通过箱体控制器启动高低温交变湿热箱、氢气监测装置；

S2、在常温条件下进行燃料电池发动机的初始性能检测，通过电源和负载装置接口给燃料电池发动机上电，通过热管理装置接口给燃料电池发动机供给冷却水，通过氢气输入组件向燃料电池发动机充入氢气，通过空气输入装置向燃料电池发动机充入空气，然后启动运行燃料电池发动机进行性能检测；

S3、在燃料电池发动机运行状态下进行试验：在高低温交变湿热试验过程中温度、湿度恒定阶段，在高低温交变湿热箱不停止运行状态下对燃料电池发动机进行放电性能检测，首先给燃料电池发动机通电，通过热管理装置接口给燃料电池发动机供给冷却水，通过氢气输入组件向燃料电池发动机充入氢气，通过空气输入装置向燃料电池发动机充入空气，然后启动运行燃料电池发动机进行性能检测，燃料电池发动机停机后继续高低温交变湿热试验；

S4、高低温交变湿热试验结束，将环境温度恢复到常温并进行燃料电池发动机高低温交变湿热试验后的放电性能检测，首先给燃料电池发动机通电，通过热管理装置接口给燃料电池发动机供给冷却水，通过氢气输入组件向燃料电池发动机充入氢气，通过空气输入装置向燃料电池发动机充入空气，然后启动运行燃料电池发动机进行放电性能检测。

优选的，所述热管理装置包括冷却水供给装置和纯水供给装置。

与现有技术相比，本发明的有益效果包括有：

本发明与传统高低温交变湿热测试方法相比，本发明技术方案直接在防爆高低温交变湿热箱进行燃料电池发动机的性能检测，提高了测试效率和便利性、安全性，尤其在高低温交变湿热过程中进行中间检测时不需要停止高低温交变湿热箱或把燃料电池发动机移出箱外进行性能检测，提高了试验准确性和可靠性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明的高低温交变湿热箱的结构示意图。

图2为本发明的箱体侧板的结构示意图。

图3为本发明的测试方法的流程简图。

图4为本发明的测试对应的时间、环境温度和相对湿度的参数图。

其中：

1-高低温交变湿热箱，101-箱体侧板，102-箱体顶板，103-箱体底板，104-箱体门体，105-钢板件，106-隔热阻燃棉，2-强排风扇，3-鼓风机，4-氢气输送管路，5-减压阀，6-压力表，7-氢气管电磁阀，8-箱体预留口，9-消防水管件，10-喷淋器，11-消防水管电磁阀，12-压力传感器，13-湿度传感器，14-温度传感器，15-烟雾传感器，16-防爆窗，17-氢气浓度传感器，18-箱体控制器。

具体实施方式

为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施方式及实施方式中的特征可以相互组合。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，所描述的实施方式仅仅是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本发明。

实施例：

如图1-4所示，本实施例中提供一种燃料电池发动机高低温交变湿热测试装置，包括：

高低温交变湿热箱1，高低温交变湿热箱1上设有氢气监测装置、消防装置、强排风装置、氢气输入组件、空气输入装置、传感器组件和箱体控制器；

氢气监测装置的检测端置于高低温交变湿热箱1内；

氢气输入组件的输出端置于高低温交变湿热箱1内，在氢气输入组件上设有氢气输入控制装置；

消防装置的输出端置于高低温交变湿热箱1内，在消防装置上设有消防水控制装置；

传感器组件包括设于高低温交变湿热箱1内的压力传感器12、湿度传感器13、温度传感器14、烟雾传感器15；

箱体控制器18分别与有氢气监测装置、消防装置、强排风装置、氢气输入组件、传感器组件电性连接。

具体的，高低温交变湿热箱1包括箱体侧板101、箱体顶板102、箱体底板103和箱体门体104，箱体侧板101、箱体顶板102、箱体底板103和箱体门体104相互连接形成用于测试的空间。

具体的，箱体侧板101、箱体顶板102、箱体底板103和箱体门体104的结构相同，箱体侧板101包括钢板件105和隔热阻燃棉106，钢板件105的数量为两个，隔热阻燃棉106设于两个钢板件105之间。

具体的，强排风装置包括强排风扇2，空气输入装置为鼓风机3，强排风扇2设于箱体顶板102处，鼓风机3设于箱体侧板101处。

具体的，氢气输入组件包括氢气输送管路4，氢气输入控制装置包括减压阀5、压力表6和氢气管电磁阀7，箱体侧板101上设有与氢气输送管路4的一端相配合的箱体预留口8，氢气管电磁阀7与箱体控制器电性连接。

具体的，消防装置包括消防水管件9和喷淋器10，消防水控制装置为消防水管电磁阀11，消防水管电磁阀11设于消防水管件9，消防水管件9的一端与喷淋器10连接，喷淋器10设于高低温交变湿热箱1内。

具体的，压力传感器12、湿度传感器13、温度传感器14设于箱体侧板101，氢气监测装置、烟雾传感器15设于箱体顶板102，氢气监测装置为氢气浓度传感器17。

具体的，箱体顶板102出设有防爆窗16。

采用上述结构的燃料电池发动机高低温交变湿热测试装置提供温度、湿度的环境条件模拟；氢气监测装置能够对氢气泄漏进行监测并及时通过氢气管电磁阀7切断氢气气源，同时打开强排风装置排出氢气；消防装置在监测到烟雾或明火时打开喷淋器10防止燃烧；氢气输送管路4为燃料电池发动机提供氢气源；传感器组件实时监测高低温交变湿热箱1温度、湿度、压力、氢气泄漏、烟雾等参数；箱体控制器用于控制高低温交变湿热箱1上的各组件和装置。

其工作原理如下：

a、氢气从氢气输送管路4通过减压阀5减压，压力表6实时显示氢气压力值，然后进入高低温交变湿热箱1的箱体预留口8给燃料电池发动机充氢；

b、若燃料电池发动机进行高低温交变湿热试验过程中发生氢气泄漏，当氢气达到一定浓度，通过氢气监测装置检测到氢气泄漏，然后把信号发送给箱体控制器，箱体控制器根据该信号启动强排风装置排出泄漏氢气同时通过氢气输送管路4上的氢气管电磁阀7及时切断氢气源，以保证测试安全；

c、当烟雾传感器15监测到烟雾或有火灾发生时，消防装置启动喷淋器10进行灭火以防止发生爆炸；

d、当因为氢气泄漏并引起燃烧，造成高低温交变湿热箱1内压力过大，防爆窗16会因为达到一定压力极限而被打开，及时泄压，从而保证高低温交变湿热箱1不被损坏。

e、高低温交变湿热箱1由防爆材料组成，包括钢板件105和隔热阻燃棉106，能防止静电、电火花产生，避免氢气泄漏时引起点燃，其中温度传感器14、湿度传感器13能对高低温交变湿热箱1内的温度、湿度进行监测。

本发明还包括一种燃料电池发动机高低温交变湿热测试方法，采用上述的燃料电池发动机高低温交变湿热测试装置，包括以下步骤：

S1、将燃料电池发动机水平放入高低温交变湿热箱1内，把电源和负载电线接到燃料电池发动机上，然后把纯水管路和热管理装置的管道接到燃料电池发动机上，同时将氢气、空气管道接入燃料电池发动机，通过箱体控制器启动氢气监测装置、氢气监测装置；

S2、在常温条件下进行燃料电池发动机的初始性能检测，通过电源和负载装置接口给燃料电池发动机上电，通过热管理装置接口给燃料电池发动机供给冷却水，通过氢气输入组件向燃料电池发动机充入氢气，通过空气输入装置向燃料电池发动机充入空气，然后启动运行燃料电池发动机进行性能检测；

S3、在燃料电池发动机运行状态下进行试验：在高低温交变湿热试验过程中温度、湿度恒定阶段，在高低温交变湿热箱1不停止运行状态下对燃料电池发动机进行放电性能检测，首先给燃料电池发动机通电，通过热管理装置接口给燃料电池发动机供给冷却水，通过氢气输入组件向燃料电池发动机充入氢气，通过空气输入装置向燃料电池发动机充入空气，然后启动运行燃料电池发动机进行性能检测，燃料电池发动机停机后继续高低温交变湿热试验；

S4、高低温交变湿热试验结束，将环境温度恢复到常温并进行燃料电池发动机高低温交变湿热试验后的放电性能检测，首先给燃料电池发动机通电，通过热管理装置接口给燃料电池发动机供给冷却水，通过氢气输入组件向燃料电池发动机充入氢气，通过空气输入装置向燃料电池发动机充入空气，然后启动运行燃料电池发动机进行放电性能检测。

具体的，热管理装置包括冷却水供给装置和纯水供给装置。

以上的测试方法中，电源和负载电线接到燃料电池发动机上提供测试用电和载荷(空载、加载、减载)，高低温交变湿热箱1能够为燃料发动机提供温度、湿度的环境条件模拟并通过烟雾传感器15、氢气监测装置进行监测保证测试时的安全。热管理装置燃料电池发动机供给冷却水，保持其发热量稳定在合理范围；同时纯水供给装置可以为燃料电池发动机提供电导率满足测试要求的纯净水。

本发明与传统高低温交变湿热测试方法相比，本发明技术方案直接在防爆高低温交变湿热箱1进行燃料电池发动机的性能检测，提高了测试效率和便利性、安全性，尤其在高低温交变湿热过程中进行中间检测时不需要停止高低温交变湿热箱1或把燃料电池发动机移出箱外进行性能检测，提高了试验准确性和可靠性。

根据上述的测试方法，本发明的具体应用如下：

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上述步骤2-7循环9次，共进行交变湿热试验240h(开始1-7算1次)，参见图4，为测试对应的时间、环境温度和相对湿度的参数设置。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，故凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何修改、等同变化与修饰,均仍属于本发明技术方案的范围内。