一种燃料电池去离子器性能测试系统的制作方法

1.本实用新型属于燃料电池技术领域，具体涉及一种燃料电池去离子器性能测试系统。


背景技术：

2.质子交换膜燃料电池是一种将氢气和氧气的化学反应转化为电能的装置，在转化的过程中伴随着热量的产生，这些产生的热量不及时散出将导致燃料电池电堆温度过高，进而影响燃料电池电堆的寿命，严重情况会导致电堆直接损坏。
3.为保持燃料电池电堆在一定的温度(60-80℃)下稳定工作，燃料电池冷却系统通过冷却液在电堆的内部循环，将燃料电池化学反应产生的热量传导给冷却液，最终在散热器内进行热交换将热量散到外部环境当中。
4.但燃料电池冷却系统的零部件在运行的过程中会伴随着离子的析出，从而会导致冷却液电导率的上升。燃料电池系统在正常运行过程中是带有高压电的装置，冷却液的电导率上升使得燃料电池的绝缘值降低，进而会触发电安全问题。因燃料电池冷却系统中设有去离子器，其内部的树脂能够交换冷却液中的离子从而降低冷却液的电导率。去离子器的离子交换能力和流阻性能是去离子器两项重要的评价指标，特别是对去离子器交换能力的评价。在燃料电池冷却系统中去离子器属于一种耗材，需要在燃料电池系统运行一段时间后进行更换。如果去离子器的交换能力评估比实际能力偏低，在去离子器没有达到饱和之前就进行更换，造成浪费同时缩短去离子器的更换周期，进而会增加人力成本；交换能力评估过高会导致燃料电池出现电导率过高的问题，引发触电危险。本专利主要是通过一种测试方法来准确的评价燃料电池去离子器的离子交换能力，同时伴随着对去离子器的流阻测试。


技术实现要素：

5.本实用新型提供了一种燃料电池去离子器性能测试系统，克服现有离子过滤器交换能力测试系统受外界杂质干扰，影响电导率，测试不精确以及无法用同一个系统进行流阻测试的问题。
6.本实用新型提供的一种燃料电池去离子器性能测试系统，包括温控水箱、电导率测试仪、循环水泵、比例阀、离子过滤器，所述温控水箱通过循环管路与循环水泵连通，所述比例阀、离子过滤器设置在循环管路上，所述电导率测试仪与温控水箱连接，其特征在于：还包括nacl溶液加注单元、数据采集及控制单元、电控三通阀，所述nacl溶液加注单元与温控水箱连接，所述数据采集与控制单元分别与电导率测试仪、比例阀、nacl溶液加注单元、电控三通阀电性连接，所述电控三通阀设置在循环管路上，且电控三通阀的一个出液端连接离子过滤器，另一个出液端连接与离子过滤器并联的循环支路。
7.优选的，还包括入口压力传感器和出口压力传感器，所述入口压力传感器设置在离子过滤器入口处的循环管路上，所述出口压力传感器设置在离子过滤器出口处的循环管
路上，所述入口压力传感器和出口压力传感器均与数据采集及控制单元电性连接。
8.优选的，还包括颗粒过滤器，所述颗粒过滤器设置在温控水箱出液口处的循环管路上。
9.优选的，还包括流量传感器，所述流量传感器设置在循环管路上，且与数据采集及控制单元电性连接。
10.优选的，所述温控水箱配有加热器、温度控制单元、加水口、排水口、压力传感器、温度传感器。
11.优选的，所述nacl溶液加注单元具有nacl溶液存储空间以及加注接口，所述nacl溶液存储空间具有刻度线。
12.本实用新型的有益效果：
13.本专利测试系统为离子过滤器的去离子能力测试提供了解决方案，整个测试系统为一个封闭的环境，避免了外界杂质对电导率的影响，提升了交换能力测试的精确度；
14.由于循环支路的增加，nacl溶液混合更均匀，试验前电导率测试值更准确，提高了测试精度；
15.本专利测试能够同时兼顾对离子过滤器的流阻性能进行测试，能够满足对去离子过滤器的基本性能测试要求；
16.系统配有恒温水箱，可以测试不同温度下离子过滤器的流阻；也可以对不同温度下离子过滤器离子交换能力进行对比；
17.由于系统同时能够进行离子过滤器的离子交换能力和流阻性能测试，在不更换离子过滤器的情况下，可以对不同饱和状态下的离子过滤器流阻进行测试，节约时间。
附图说明
18.图1为本实用新型燃料电池去离子器性能测试系统的原理图。
19.附图标注：温控水箱1、电导率测试仪2、循环水泵3、比例阀4、离子过滤器5、nacl溶液加注单元6、数据采集及控制单元7、电控三通阀8、循环管路9、循环支路10、入口压力传感器11、出口压力传感器12、颗粒过滤器13、流量传感器14。
具体实施方式
20.为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本实用新型，不能理解为对本实用新型具体保护范围的限定。
21.如图1所示，本实施例提供了一种燃料电池去离子器性能测试系统，该系统包括温控水箱1、电导率测试仪2、循环水泵3、比例阀4、离子过滤器5、nacl溶液加注单元6、数据采集及控制单元7、电控三通阀8，所述温控水箱1通过循环管路9与循环水泵3连通，所述比例阀4、离子过滤器5、电控三通阀8设置在循环管路9上，从图1中可以清楚的看到，本实施例从温控水箱1的出液口向回液口方向的循环管路9上依次设置循环水泵3、电控三通阀8、离子过滤器5、比例阀4，所述温控水箱1上预留电导率测试仪2的安装接口以及nacl溶液加注单元6的安装接口，所述电导率测试仪2、nacl溶液加注单元6分别通过安装接口与温控水箱1连接，所述数据采集与控制单元7分别与电导率测试仪2、比例阀4、nacl溶液加注单元6、电
控三通阀8电性连接，本实施例的测试系统还包括一条循环支路10，该循环支路10与离子过滤器5并联，且其起始端连接电控三通阀8的一个出液端。
22.作为本实施例的一个优选实施方式，所述测试系统还包括入口压力传感器11和出口压力传感器12，所述入口压力传感器11设置在离子过滤器5入口处的循环管路9上，所述出口压力传感器12设置在离子过滤器5出口处的循环管路9上，所述入口压力传感器11和出口压力传感器12均与数据采集及控制单元7电性连接。
23.作为本实施例的一个优选实施方式，所述测试系统还包括颗粒过滤器13，所述颗粒过滤器13设置在温控水箱1出液口处的循环管路9上。
24.作为本实施例的一个优选实施方式，所述测试系统还包括流量传感器14，所述流量传感器14设置在比例阀4和离子过滤器5之间的循环管路9上，且与数据采集及控制单元7电性连接。
25.作为本实施例的一个优选实施方式，所述温控水箱1配有加热器、温度控制单元、加水口、排水口、压力传感器、温度传感器。
26.作为本实施例的一个优选实施方式，所述nacl溶液加注单元6具有nacl溶液存储空间以及加注接口，所述nacl溶液存储空间具有刻度线。
27.本实施例的数据采集及控制单元7用于接收电导率测试仪2、入口压力传感器11、出口压力传感器12、流量传感器14采集的数据并判断输出指令给比例阀4、电控三通阀8、nacl溶液加注单元6，记录并存储数据。所述温控水箱1按照设定温度通过加热器加热系统内冷却液，将冷却液加热到需要温度。所述颗粒过滤器13用于过滤冷却液的杂质，防止杂质进入离子过滤器5影响流阻测量结果。所述循环水泵3用于给冷却液提供循环动力。所述入口压力传感器11和出口压力传感器12分别用于测量离子过滤器5的入口压力和出口压力。所述流量传感器14用于测量各测试工况下的冷却液流量。所述比例阀4用于调节经过离子过滤器5的冷却液流量。所述电导率测试仪2用于测试系统液体的电导率。所述nacl溶液加注单元6用于向温控水箱1内按量加入nacl溶液，记录加注量及加注次数。所述电控三通阀8用于切换冷却液流向以满足不同工况的测试。
28.本实施例的测试系统既可以测试离子过滤器5的交换能力，又可以测试流阻性能，以下详述测试工作过程。
29.离子过滤器5的交换能力测试过程如下：
30.1、运行循环水泵3，温控水箱1设定到需求的温度，经过一定时间运行，系统冷却液温度恒定到设定的温度。
31.2、电控三通阀8设定为如图1所示的a、c导通，按照计算量通过nacl溶液加注单元6向温控水箱1加注一定体积的nacl溶液，经过不断循环，使nacl溶液在系统中混合均匀，通过不断调节使电导率测试仪2输出的电导率稳定到s1。
32.3、电控三通阀8设定为如图1所示的a、b导通，同时调整比例阀4使通过离子过滤器5的流量为规定的流量。nacl溶液通离子过滤器5，与离子过滤器5内部树脂的离子交换，系统的电导率降至要求的s2，同时记录第一次电导率从s1降至s2所需要的时间t1。
33.4、重复步骤2、3，直至电导率从s1降至s2所需要的循环时间tn为t1的x倍(x按照离子过滤器5供应商的要求)，此时离子过滤器5达到饱和。
34.5、计算总的nacl溶液加注体积，并根据其配比计算出加入nacl的摩尔数，从而得
到相应的离子过滤器5的交换能力。
35.离子过滤器5的流阻性能测试过程如下：
36.1、电控三通阀8设定为如图1所示的a、b导通，运行循环水泵3，同时温控水箱1设定到需求的温度，系统冷却液温度恒定到设定的温度。
37.2、调整比例阀4使通过离子过滤器5的流量为规定的最小流量q1,记录入口压力传感器11的压力p51和出口压力传感器12的压力p71。
38.3、重复步骤2，不断加大流量，一直记录到流量达到最大流量qn时入口压力传感器11的压力p5n和出口压力传感器12的压力p7n。
39.4、数据采集及控制单元7按照坐标值(q1,p51-p71)，(q2,p52-p72)，...，(qn,p5n-p7n)拟合曲线即得到离子过滤器5的流阻数据。