智能式大功率燃料电池堆测试台阳极气体增湿方法及系统.pdf

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1、(19)国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 202310610131.0(22)申请日 2023.05.29(71)申请人 浙江和夏科技股份有限公司地址 313100 浙江省湖州市长兴县太湖街道陈王路1155号(72)发明人 夏慧鹏徐佳凯何志生景晓勇徐克生李硕石(74)专利代理机构 上海科企达专利代理事务所(普通合伙)31501专利代理师 潘青青(51)Int.Cl.H01M 8/04119(2016.01)H01M 8/04089(2016.01)H01M 8/04746(2016.01)(54)发明名称一种智能式大功率燃料电池堆测试台阳。

2、极气体增湿方法及系统(57)摘要本发明公开了一种智能式大功率燃料电池堆测试台阳极气体增湿方法，包括以下步骤：将氢气以一定压力送入管路，选择智能模式或手动模式；智能模式根据测试燃料电池的电堆功率及控制湿度选择不同的增湿模式，其中增湿模式包括大流量增湿、快速增湿及干式气体，本发明的方法采用多重增湿的方式，极大提高了增湿速度以及增湿能力。包括采用鼓泡及超声波增湿，提高了增湿效率，同时避免直接加热提高了设备安全性。采用智能式控制，可智能/手动切换不同增湿方式并可切换干式通道，使用方便简洁，灵活性强。本发明可灵活集成其他系统或被集成到主系统，实用性强。权利要求书1页 说明书5页 附图2页CN 11661。

3、3351 A2023.08.18CN 116613351 A1.一种智能式大功率燃料电池堆测试台阳极气体增湿方法，其特征在于，包括以下步骤：将氢气以一定压力送入管路，选择智能模式或手动模式；智能模式根据测试燃料电池的电堆功率及控制湿度选择不同的增湿模式，其中增湿模式包括大流量增湿、快速增湿及干式气体。2.如权利要求1的一种智能式大功率燃料电池堆测试台阳极气体增湿方法，其特征在于，所述大流量增湿模式下的增湿流程为：氢气首先通过超声波鼓泡室获得初始湿度，并且控制该湿度进入环境仓中使用超声波增湿法进行二次控湿。3.如权利要求1的一种智能式大功率燃料电池堆测试台阳极气体增湿方法，其特征在于，所述快速增。

4、湿模式下的增湿流程为：氢气通往环境仓使用超声波增湿法进行快速增湿。4.如权利要求1的一种智能式大功率燃料电池堆测试台阳极气体增湿方法，其特征在于，所述干式气体的模式为氢气通过管路直接供往测试台。5.如权利要求2的一种智能式大功率燃料电池堆测试台阳极气体增湿方法，其特征在于，所述大流量增湿模式下鼓泡室及环境仓超声波湿度控制流程包括：设定鼓泡室水浴温度，通过鼓泡室给氢气提供大量水汽，然后通过环境仓精准控制超声波增湿。6.如权利要求1的一种智能式大功率燃料电池堆测试台阳极气体增湿方法，其特征在于，还包括安全智能化控制流程，具体为：通过上位机根据设定增湿湿度以及燃料电池电堆功率选择不同的氢气增湿管路，。

5、以及对管路上的氢气泄露探头进行监测并根据监测情况是否启动氮气吹扫。7.一种智能式大功率燃料电池堆测试台阳极气体增湿系统，其特征在于，包括依次连接的鼓泡室、外置水箱和环境仓，所述鼓泡室内设置有鼓泡器、水箱和水浴加热器；所述环境仓内设置有超声波发生器，所述外置水箱分别与所述鼓泡室内的水箱和环境仓连接。8.如权利要求7的一种智能式大功率燃料电池堆测试台阳极气体增湿系统，其特征在于，还包括进气管路、干式气体阀、快速增湿阀、环境仓气体阀、燃料电池供气阀、进气阀和大流量增湿阀，所述进气阀位于进气管路上，所述干式气体阀进气端与进气阀相连，出气端与燃料电池供气阀的进气端连接，所述快速增湿阀进气端与进气阀相连，。

6、出气端与环境仓气体阀的进气端和鼓泡室的出气端相连，所述环境仓气体阀的出气端与环境仓的进气端连接，所述大流量增湿阀进气端与进气阀相连，出气端与鼓泡室的进气端连接。9.如权利要求8的一种智能式大功率燃料电池堆测试台阳极气体增湿系统，其特征在于，氢气以一定压力送入管路，依次通过进气阀、大流量增湿阀、鼓泡室、环境仓气体阀、环境仓和燃料电池供气阀构成大流量增湿系统。10.如权利要求8的一种智能式大功率燃料电池堆测试台阳极气体增湿系统，其特征在于，氢气以一定压力送入管路，依次通过进气阀、快速增湿阀、环境仓气体阀、环境仓和燃料电池供气阀构成快速增湿系统；氢气以一定压力送入管路，依次通过进气阀、干式气体阀和燃。

7、料电池供气阀构成干式气体系统。权利要求书1/1 页2CN 116613351 A2一种智能式大功率燃料电池堆测试台阳极气体增湿方法及系统技术领域0001本发明属于能源、燃料电池堆测试技术领域，特别是涉及大流量氢气湿度控制领域。背景技术0002目前燃料电池堆测试台一般采用以下两种方式进行增湿：热湿化器增湿法：该方法是利用热湿化器产生高温高湿度的气流，将其送入测试台中，从而达到增湿的目的。热湿化器一般采用加热蒸汽的方式，将水蒸汽加热至高温高湿度状态，然后通过风扇将其送入测试台中。水箱增湿法：该方法是将水箱中的水加热，产生水蒸气，然后将水蒸气送入测试台中进行增湿。这种方法相对于热湿化器增湿法来说，操。

8、作更加简单，但是增湿效果相对较弱。该设备对大流量的气体增湿效果不佳，无法应用于大功率的燃料电池堆测试台。0003目前市面上绝大多数产品均是针对小功率燃料电池测试台，对大功率的燃料电池测试台敬而远之，一方面是大功率测试台需要克服大流量的气体增湿技术，另一方面是氢气本身性质易燃易爆。同时阳极气体湿度直接影响电池发电效率，所以在大功率燃料电池测试台对阳极气体的湿度稳定控制显得尤为重要。目前市面上的绝大多数氢气增湿方式均用到了水箱加热产生蒸汽的方式，该方式需要加热对氢气这种敏感性气体有一定的危害，同时光利用水汽对大流量氢气本身进行增湿效果不明显，很难达到我们所要的湿度。所以根据目前所发现的问题，提出一。

9、种智能式大功率燃料电池堆测试台阳极气体增湿方法。发明内容0004针对现有技术存在的不足，本发明实施例的目的在于提供一种智能式大功率燃料电池堆测试台阳极气体增湿方法，该方法舍弃传统的增湿方式，改用鼓泡式加上超声波式结合，增大气体增湿的能力，同时在前端加入鼓泡室的方式可以大大增加氢气初始的湿度，且氢气本身为高压气体可不需要使用其他高压气体通水带出气泡，直接将氢气通入水浴式水箱即可完成鼓泡增湿。同时也方便之后采用喷淋等方式进行湿度的精确控制。同时鼓泡室和环境仓相互独立，在湿度要求低时，可智能远程切换进行单一超声波增湿，以满足低功率燃料电池的测试需求。0005为实现上述目的，本发明提供如下技术方案00。

10、06一种智能式大功率燃料电池堆测试台阳极气体增湿方法，包括以下步骤：0007将氢气以一定压力送入管路，选择智能模式或手动模式；0008智能模式根据测试燃料电池的电堆功率及控制湿度选择不同的增湿模式，其中增湿模式包括大流量增湿、快速增湿及干式气体。0009作为本发明进一步的方案，所述大流量增湿模式下的增湿流程为：氢气首先通过超声波鼓泡室获得初始湿度，并且控制该湿度进入环境仓中使用超声波增湿法进行二次控湿。说明书1/5 页3CN 116613351 A30010作为本发明进一步的方案，所述快速增湿模式下的增湿流程为：氢气通往环境仓使用超声波增湿法进行快速增湿。0011作为本发明进一步的方案，所述干。

11、式气体的模式为氢气通过管路直接供往测试台。0012作为本发明进一步的方案，所述大流量增湿模式下鼓泡室及环境仓超声波湿度控制流程包括：设定鼓泡室水浴温度，通过鼓泡室给氢气提供大量水汽，然后通过环境仓精准控制超声波增湿。0013作为本发明进一步的方案，还包括安全智能化控制流程，具体为：通过上位机根据设定增湿湿度以及燃料电池电堆功率选择不同的氢气增湿管路，以及对管路上的氢气泄露探头进行监测并根据监测情况是否启动氮气吹扫。0014本发明的另一方面，提供了一种智能式大功率燃料电池堆测试台阳极气体增湿系统，包括依次连接的鼓泡室、外置水箱和环境仓，所述鼓泡室内设置有鼓泡器、水箱和水浴加热器；所述环境仓内设置。

12、有超声波发生器，所述外置水箱分别与所述鼓泡室内的水箱和环境仓连接。0015作为本发明进一步的方案，还包括进气管路、干式气体阀、快速增湿阀、环境仓气体阀、燃料电池供气阀、进气阀和大流量增湿阀，所述进气阀位于进气管路上，所述干式气体阀进气端与进气阀相连，出气端与燃料电池供气阀的进气端连接，所述快速增湿阀进气端与进气阀相连，出气端与环境仓气体阀的进气端和鼓泡室的出气端相连，所述环境仓气体阀的出气端与环境仓的进气端连接，所述大流量增湿阀进气端与进气阀相连，出气端与鼓泡室的进气端连接。0016作为本发明进一步的方案，氢气以一定压力送入管路，依次通过进气阀、大流量增湿阀、鼓泡室、环境仓气体阀、环境仓和燃料。

13、电池供气阀构成大流量增湿系统。0017作为本发明进一步的方案，氢气以一定压力送入管路，依次通过进气阀、快速增湿阀、环境仓气体阀、环境仓和燃料电池供气阀构成快速增湿系统；氢气以一定压力送入管路，依次通过进气阀、干式气体阀和燃料电池供气阀构成干式气体系统。0018本发明具有以下有益效果0019本发明的方法采用多重增湿的方式，极大提高了增湿速度以及增湿能力。包括采用鼓泡及超声波增湿，提高了增湿效率，同时避免直接加热提高了设备安全性。采用智能式控制，可智能/手动切换不同增湿方式并可切换干式通道，使用方便简洁，灵活性强。本发明可灵活集成其他系统或被集成到主系统，实用性强。采用多阀门管路，发生氢泄露等危害。

14、可灵活切断管路。0020为更清楚地阐述本发明的结构特征和功效，下面结合附图与具体实施例来对本发明进行详细说明。附图说明0021图1是本发明提供的大流量氢气控湿逻辑图。0022图2是本发明提供的增湿方法系统结构图。0023图3是本发明提供的一种智能式大功率燃料电池堆测试台阳极气体增湿系统的结构示意图。说明书2/5 页4CN 116613351 A40024图4是本发明提供的一种智能式大功率燃料电池堆测试台阳极气体增湿方法的控制图。具体实施方式0025下面将结合附图和有关知识对本发明作出进一步的说明，进行清楚、完整地描述，显然，所描述的应用仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。0026参。

15、照图1图4所示，本发明提供一种智能式大功率燃料电池堆测试台阳极气体增湿方法，包括以下步骤：0027将氢气以一定压力送入管路，选择智能模式或手动模式，具体为进气口将氢气以一定压力送入管路后，氢气开始受控。然后选择智能模式或手动模式；0028智能模式根据测试燃料电池的电堆功率及控制湿度选择不同的增湿模式，其中增湿模式包括大流量增湿、快速增湿及干式气体。本发明采用多重增湿的方式，借鉴迭代法，将超声波鼓泡增湿和传统超声波增湿相结合，大大增加对大流量氢气湿能力。同时进行智能化控制让该方法的控制精度进一步提升且使用更为方便。0029在本发明中，大流量增湿模式下的增湿流程为：氢气首先通过超声波鼓泡室获得初始。

16、湿度，并且控制该湿度进入环境仓中使用超声波增湿法进行二次控湿。参照图1所示，当所测试燃料电池电堆功率大于200kw，且需要对阳极气体进行增湿并且设定所要的氢气湿度大于快速增湿设定最大限制后。该通道管路的阀门将逐步打开，氢气将首先通过超声波鼓泡室获得初始湿度，并且控制该湿度进入环境仓中使用超声波增湿法进行二次控湿。环境仓增湿过程全程通过系统智能式pid自动控制，超声波鼓泡增湿效果默认为额定，减少之后环境仓内增湿的能源消耗。0030在本发明中，快速增湿模式下的增湿流程为：氢气通往环境仓使用超声波增湿法进行快速增湿，如图1所示，当对小型燃料电池电堆进行测试时，大流量增湿通道关闭，通往超声波鼓泡室的阀。

17、门关上，氢气直接通往环境仓使用超声波增湿法进行快速增湿。以及干式气体的模式为氢气通过管路直接供往测试台。0031参照图2图4所示，本发明中，鼓泡室及环境仓超声波湿度控制方式为：鼓泡室内也可区别传统的鼓泡增湿技术，传统鼓泡增湿一般运用惰性高压气体通入鼓泡器，来产生气泡给需增湿气体增湿。0032由于氢气通常自身便是压缩气体，自身带一定压力在高功率下的气体可满足鼓泡气体使用条件，在原有鼓泡室中氢气管路直接通往鼓泡器，让氢气直接进入水箱，同时为了满足氢气自身的增湿需求，可对水箱进行水浴加热来满足氢气的增湿需求。以及超声波增湿包括一个增湿水箱、一根导管。首先，将水箱与导管连接，导管中设有一定数量的微孔，。

18、当水流经过这些微孔时，会形成微小气泡。接着，将超声波振荡器安装在导管上方，通过超声波的高频率振动作用于导管中的水流，使其产生更细小的气泡，加速气泡与空气的交换，从而实现快速增湿，同时可以对震动频率以及功率进行控制来达到想要的湿度。现将两种技术结合应用在燃料电池测试领域，前者给气体高速提供大量水汽，后者以精确控制满足测试需求。0033参照图2所示，本发明中还包括安全智能化控制流程，具体为：通过上位机根据设定增湿湿度以及燃料电池电堆功率选择不同的氢气增湿管路，以及对管路上的氢气泄露探说明书3/5 页5CN 116613351 A5头进行监测并根据监测情况是否启动氮气吹扫。其中，控制主脑可以选择pc。

19、，plc等上位机，主要检测管路、鼓泡室以及环境仓中氢气湿度，通过设定增湿湿度以及燃料电池电堆功率可智能选择不同的氢气增湿管路。(同时可以配合其他加热设备在环境仓中进行氢气增温，控制可集成至本控制主脑)。所有管路均以一定间隔铺设氢气泄露探头，一但检测到氢气泄露可以联动燃料电池测试台进行氮气吹扫。0034参照图3所示，本发明一种智能式大功率燃料电池堆测试台阳极气体增湿系统，包括依次连接的鼓泡室2、外置水箱6和环境仓10，鼓泡室2内设置有鼓泡器3、水箱4和水浴加热器5；环境仓10内设置有超声波发生器11，外置水箱6分别与鼓泡室2内的水箱4和环境仓10连接；0035进一步优选，还包括进气管路1、干式气。

20、体阀7、快速增湿阀8、环境仓气体阀9、燃料电池供气阀12、进气阀13和大流量增湿阀14，其中进气阀13位于进气管路1上，干式气体阀7进气端与进气阀13相连，出气端与燃料电池供气阀12的进气端连接，快速增湿阀8进气端与进气阀13相连，出气端与环境仓气体阀9的进气端和鼓泡室2的出气端相连，环境仓气体阀9的出气端与环境仓10的进气端连接，大流量增湿阀14进气端与进气阀13相连，出气端与鼓泡室2的进气端连接；在本发明中，当氢气以一定压力送入管路，依次通过进气阀13、大流量增湿阀14、鼓泡室2、环境仓气体阀9、环境仓10和燃料电池供气阀12构成大流量增湿系统；当氢气以一定压力送入管路，依次通过进气阀13。

21、、快速增湿阀8、环境仓气体阀9、环境仓10和燃料电池供气阀12构成快速增湿系统；氢气以一定压力送入管路，依次通过进气阀13、干式气体阀7和燃料电池供气阀12构成干式气体系统；本发明系统采用多重增湿的方式，极大提高了增湿速度以及增湿能力。采用鼓泡及超声波增湿，提高了增湿效率，同时避免直接加热提高了设备安全性。可采用智能式控制，可智能/手动切换不同增湿方式并可切换干式通道，使用方便简洁，灵活性强。可灵活集成其他系统或被集成到主系统，实用性强。0036以下提供本发明一具体的实施例0037实施例10038一种智能式大功率燃料电池堆测试台阳极气体增湿方法，参照图4所示，以plc做控制主脑为例:上位机pl。

22、c中输入想要测试的燃料电池测试台参数(功率，流量控制范围，温控等)，可选择手动模式以及自动模式，自动模式下plc根据目前设置的参数进行选择：0039智能模式根据测试燃料电池的电堆功率及控制湿度选择不同的增湿模式，其中增湿模式包括大流量增湿、快速增湿及干式气体；0040在本实施例中，同时参照图3所示，在功率大于250kw同时进气5000slpm时，鼓泡室2起作用，氢气首先进入鼓泡室2。为增加鼓泡增湿的效率，采用水浴对鼓泡水箱进行加热，同时为减小能源损耗采用增湿气体直通鼓泡器的方式，不仅降低鼓泡所需的能耗同时减少了传统鼓泡带来的杂质影响。0041其余功率下及流速下控制氢气直接进入环境仓10进行快速。

23、增湿，达到想要的效果。采用超声波增湿避免在燃料电池堆反应室进行加热，减少试验风险同时超声波增湿控制精度高，效果好。0042在不使用自动模式下可手动开启阀门进行测试或手动开启阀门以弥补可能就流量波动等造成的增湿效果不佳后果。0043要说明的是在图2和图4中标记的阀7阀9，以及阀12阀14，跟图3中的附图标记一说明书4/5 页6CN 116613351 A6致。本实施例改用鼓泡式加上超声波式结合，增大气体增湿的能力，同时在前端加入鼓泡室的方式可以大大增加氢气初始的湿度，且氢气本身为高压气体可不需要使用其他高压气体通水带出气泡，直接将氢气通入水浴式水箱即可完成鼓泡增湿。同时也方便之后采用喷淋等方式进行湿度的精确控制。同时鼓泡室和环境仓相互独立，在湿度要求低时，可智能远程切换进行单一超声波增湿，以满足低功率燃料电池的测试需求。0044以上结合具体实施例描述了本发明的技术原理，仅是本发明的优选实施方式。本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。本领域的技术人员不需要付出创造性的劳动即可联想到本发明的其它具体实施方式，这些方式都将落入本发明的保护范围之内。说明书5/5 页7CN 116613351 A7图1图2说明书附图1/2 页8CN 116613351 A8图3图4说明书附图2/2 页9CN 116613351 A9。