[发明专利]一种用于大功率燃料电池热管理系统开发的电堆模拟装置

说明书

本发明涉及一种用于大功率燃料电池热管理系统开发的电堆模拟装置，通过调节开环控制电加热管管组的通电状态以及闭环控制电加热管的端电压模拟真实电堆的不同发热功率；通过改变阻力调节组件的过滤网的层数，模拟真实电堆的流阻特性；通过仿照燃料电池的层叠结构，结合可移动栅格板的平移模拟真实电堆的热惯性和热阻特性；通过控制装置内部冷却液的体积模拟真实电堆的比热容特性。与现有技术相比，本发明可在燃料电池热管理系统的匹配开发过程中替代真实电堆，具有加快匹配测试过程，提高热管理系统开发效率等优点。

技术领域

本发明涉及车辆动力技术及应用领域，尤其是涉及一种用于大功率燃料电池热管理系统开发的电堆模拟装置。

背景技术

燃料电池是通过燃料(比如氢气)发生电化学反应而直接产生电能。由于燃料电池具有效率高、零排放、运行平稳、无噪声等一系列优良性能，被视为未来汽车最有可能的动力来源，燃料电池汽车是未来汽车产业发展的趋势。目前的设计中，燃料电池电堆很容易因为局部电流密度大、温度过高而导致质子交换膜失水。燃料电池电堆产生的热能约占总能量的50％，为了防止膜的干燥及高温运行，需要有相应的散热机制来移走电化学反应产生的热量。

在一般的冷却系统开发过程中，需要以燃料电池实物作为试验对象，并且需要调节燃料电池处于不同的工作状态，以测试冷却系统在不同的工况下是否能保证燃料电池温度的相对稳定。这种开发模式不仅成本很高，而且燃料电池的正常运行需要多个子系统协调工作，测试准备的时间长，工作量大，而且难度较高。

为了方便燃料电池冷却系统的开发，可以利用相似性原理，将燃料电池的发热和散热特性从燃料电池的工作过程中抽象出来，再利用一套热模拟装置实现对这两种特性的模拟。开发燃料电池冷却系统时，可以选择经过简化的热模拟装置代替燃料电池实物作为测试对象，从而可以大大降低冷却系统的开发周期和开发成本。

目前在已公开或授权的专利文献中，已经有人提出了空气供应辅助系统的设计方案，比如：

清华大学的专利“用于热管理系统试验的质子交换膜燃料电池堆热模拟装置”(公开号CN1405917)，公开了一种燃料电池发热模拟的装置，其主要特征是利用控制大量贴片电阻相对独立的发热状况，模拟燃料电池电堆发热的空间分布特性。所使用的电阻总发热功率不能达到真实模拟燃料电池运行时的大功率发热。其传热是通过模拟燃料电池的基础结构进行模拟，具有刚性不可调节的特点，该装置只能针对某一种固定的燃料电池进行模拟，使用不够灵活。此外其设计中没有充分考虑电堆内部流动阻力和电堆比热容等问题，所以只能用于大致描述燃料电池发热和冷却状况，不能用于不同型号多种燃料电池的热管理子系统匹配和测试工作。

目前公开的技术仅仅在于给出了不同的燃料电池热模拟系统设计特定方案；而没有给出针对开发过程、开发方法及开发过程中使用的设备设计的模拟装置。在设计燃料电池热管理系统时，会面临以下问题：(1)仅仅根据现有电堆的热相关特性参数，在没有实物的情况下是否能快速设计出一个良好的热管理子系统；(2)热管理系统中的关键零部件参数如何良好匹配。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种用于大功率燃料电池热管理系统开发的电堆模拟装置。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种用于大功率燃料电池热管理系统开发的电堆模拟装置，包括：

发热模拟组件，包括层叠交替设置的发热板和冷却板，所述发热板和冷却板内都设有流通冷却液的空腔，所述发热板的空腔内设有发热装置；

栅格板组件，包括分别设于所述发热模拟组件的冷却液入口端和冷却液出口端的前端栅格板和后端栅格板，用于调节流经所述发热板和冷却板空腔的冷却液流量比；

阻力调节组件，包括多层过滤网，设于所述前端栅格板的冷却液入口侧，用于调节冷却液的流动阻力；