专利名称：燃料电池客车供氢系统安全性检测试验装置及其检测方法
技术领域：
本发明属于燃料电池客车安全技术领域，特别涉及供氢系统安全性检测技术。
技术背景目前，随着燃料电池客车技术的快速发展，燃料电池客车供氢系统的安全性越来越受 到人们的关注。燃料电池客车供氢系统由高压氢气瓶、高压电磁阀、过流阔、减压阀、氢 气探测器、管路，以及管路接头组成。启动燃料电池后，将开启高压电磁阀打开气源，氢 气经过过流阀、减压阀进入燃料电池内部。如果高压电磁阀工作不正常，就无法开启或关 闭气源。如果过流阀或减压阔出现异常，当管路内的氢气流量超过燃料电池额定流量，或 者减压阀出口压力高于燃料电池额定压力时，就无法切断气源，因此容易损伤燃料电池或 降低燃料电池的使用寿命。 一般情况下，氢气瓶内的压力达到20 35MPa，如果管路或管路 接头出现裂痕，就容易导致氢气的大量泄漏，增加爆燃的安全隐患。基于燃料电池客车供 氢系统存在的安全隐患，在装车之前必须测试供氢系统各零部件性能，但是目前还没有相 关的测试平台对燃料电池客车供氢系统安全性进行综合测试。现有的零部件性能测试脱离 实车工作环境与条件，无法正确地评鉴燃料电池客车供氢系统各零部件的性能，满足不了 车载供氢系统的安全性检测要求。 一般情况下，在实车上很难进行零部件安全性检测。
发明内容
.本发明的目的是为克服己有技术的不足之处，提出一种燃料电池客车供氢系统安全性 检测试验台及其试验方法，可解决现有零部件的单独测试条件与实车供氢系统工况的差 异，可提供模拟实车工况、动态测试燃料电池客车供氢系统关键部件的安全性。本发明提出的一种燃料电池客车供氢系统安全性检测试验台，其特征在于，该试验台包括 '供氢系统模拟装置，用于在实车模拟环境下对供氢系统的关键零部件的性能进行安全 性检测；主控计算机，用于对供氢系统模拟装置操作进行控制电控柜，用于对供氢系统模拟装置的所有传感器、电磁阀、报警器集中供电，独立控 制电磁阀；高压氢气瓶，用于为供氢系统模拟装置提供气源； 氢气探测器；用于对供氢系统模拟装置的氢气进行检测；其中，供氢系统模拟装置与高压氢气瓶输出口相连，且与主控计算机进行双向连接；主控计算机与电控柜，高压氢气瓶，氢气谈起其相连，电控柜分别与高压氢气瓶、供氢系 统模拟装置相连；该试验台还包括固定、支撑供氢系统模拟装置的台架。 本发明的特点是该试验台能在实车模拟环境下，通过主控计算机采集测试管路内的压力、流量、温度、 氢气泄漏量，并对采集的数据进行处理，得出关键零部件的性能。本发明采用了电控柜集中供电方式，因此能在远距离控制试验台，而且电控柜还能在 计算机不工作的状态下通过电控柜能独立控制电磁阀的工作，以提高操作试验台时的安全性。
图1是本发明燃料电池客车供氢系统安全性检测试验台的总体结构示意图。图2是本发明的供氢系统模拟装置实施例结构示意图。图3是本发明的电控柜实施例电路图。图4是本发明的供氢系统安全性检测试验控制流程图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。本发明试验台组成如图l所示，包括供氢系统模拟装置，主控计算机，电控柜，高压 氢气瓶，氢气探测器；其中，供氢系统模拟装置与高压氢气瓶输出口相连，且与主控计算 机进行双向连接；主控计算机与电控柜，高压氢气瓶，氢气谈起其相连，电控柜分别与高 压氢气瓶、供氢系统模拟装置相连；该试验台还包括固定、支撑供氢系统模拟装置的台架。主控计算机或电控柜控制氢气瓶为供氢系统模拟装置提供气源，同时由主控计算机检 测供氢系统模拟装置的待测试零部件性能。如果氢气探测器检测到氢气泄漏，主控计算机 将关闭氢气瓶，同时启动电控柜内的报警系统。本发明的各组成部件的具体构成及实现功能详细说明如下本发明的供氢系统模拟装置实施例结构如图2a所示，包括用氢气管路依次相连成的 氢气瓶接口 1、单向阀2、手动球阀31、手动针阀41、过流阀5、管路堵头61、过滤器71、 手动球阀32、手动针阀42、高压电磁阀8、管路堵头62、压力传感器91、温度传感器101、 压力表lll、过滤器72、手动球阔33、手动针阀43、减压阀12、手动针阀44、管路堵头 63、压力表112、温度传感器102、压力传感器92，手动球阔34，手动针阔45、安全阀 13，手动针阀46、管路堵头64,手动针阀47、流量计14，以及排空管15。上述管路中安装在过流阀5、高压电磁阔8、减压阀12或安全阀13两侧的手动球阀、 手动针阀和管路堵头，用于安装待检测阔门时与标准阀门组成一个小并联回路；上述管路中安装的压力传感器、温度传感器、压力表和流量计，用于观测该段管路中 气体的压力、温度和流量；5上述管路中安装的过滤器，用于过滤气瓶及氢气内的杂质，保证管路和各关键零部件 正常工作。上述管路中安装的单向阀，用于防止外部气体进入气瓶内，保证气瓶内氢气的纯洁度。上述管路中在管路堵头61与流量计14之间还安装有手动球阀35，用于当出现异常情 况时可以打开手动球阀35管内氢气直接经过排空管15向大气内排出。上述管路中在减压阀12和安全阀13后面分别安装了手动针阀44和46，用于防止测 试其他减压阀或安全阀时气体倒流损害模拟系统中的减压阀和安全阀。上述管路中在流量计14后面安装了手动针阀47，用于调节管路内的氢气流量，而且 通过流量计14检测管路内的流量值。本实施例的高压氢气瓶采用储氢压力为2(T35MPa的轻质压力容器，以铝合金为内胆， 外层缠绕碳纤维增强的复合材料层。高压氢气瓶通过氢气瓶接口 l跟供氢系统模拟装置连 接，并为试验台提供氢气。本实施例的支撑供氢系统模拟装置的装置实施例为一放置、固定供氢系统模拟装置的 平台及支撑该平台的支架构成。该平台和支架均采用钢材用常规方法制成。本发明的氢气探测器采用法国奥德姆公司的OLC20D型氢气探测器。主控计算机通过 数据采集卡实时采集氢气探测器的数据。本实施例的电控柜结构如图3a和图3b所示，由传感器外供电电路和电磁阀控制电路、 报警控制电路组成，实现对供氢系统模拟装置管路中的所有传感器、电磁阀、报警器集中 供电；其中，AC-DC转换器通过瓶口开关PK1和主阀开关ZK1形成电磁阀控制电路，同时 跟防爆隔离栅与传感器的外供电源线连接在一起形成传感器外供电路。本实施例的传感器 外供电电路和电磁阀控制电路如图3a所示，由急停开关JK1，启动开关QK1，瓶口阀开关 PK1，主阀开关ZK1，继电器开关K1、 K2，防爆隔离栅，AC-DC转换器，启动指示灯L1， 瓶口阀指示灯L2，主阀指示灯L3，风扇M3组成。其中，AC-DC转换器与瓶口电磁阀M1， 瓶口阀指示灯L2，主电磁阀M2，主阀指示灯L3相连，而且通过瓶口阔开关OKI和继电器 开关K1控制瓶口电磁阀的开启或关闭，通过主阀开关ZK1和继电器开关K2控制主电磁阀 的开启或关闭。另外，风扇M3，瓶口温度传感器S1，高压压力传感器S2，低压压力传感器 S3,高压温度传感器S4，低压温度传感器S5，氢气探测器S6，流量计S7的外供电源线通 过防爆隔离栅跟AC-DC转换器相连。启动开关QK1将接通所有电源，而急停开关JK1在紧 急状态下能断开所有电源。本实施例的报警控制电路如图3b所示，由AC-DC转换器，D0转换卡，继电器线圈KM1、 M2，复位开关SK1，复位指示灯L4，超压报警指示灯L5，过流报警指示灯L6，氢气泄漏 报警指示灯L7，超温报警指示灯L8，蜂鸣器L9组成。其中，AC-DC转换器跟D0转换卡相 连，DO转换卡和继电器线圈KM1、 KM2，复位开关SK1，复位指示灯L4，超压报警指示灯 L5，过流报警指示灯L6，氢气泄漏报警指示灯L7，超温报警指示灯L8，蜂鸣器L9相连， 因此由DO转换卡控制各报警指示灯的工作。如果按下复位开关，就能解除报警。本实施例的试验台采用了电控柜集中供电方式，而且在计算机控制出现故障时，能通 过电控柜独立控制电磁阀。电气柜内装有防爆隔离栅，因此各种传感器发生故障时，能降 低爆炸危险性。当氢气探测器检测的氢气泄漏量超过设定值时，电气柜内的报警器会发出 不同等级的报警。本实施例的主控计算机配有主频为1. 7G的CPU， 512MB的内存，2个PCI插槽，80G 的硬盘，以及17寸液晶显示器。主控计算机的控制流程如图4所示，实现以下功能对供氢系统模拟装置操作进行控 制开启、关闭气瓶、电磁阀，读取和设置采样参数(比如，采集通道、采样频率、采集 模式等)，启动电源指示灯，驱动数据采集卡，控制电磁阀，对采集的压力、温度、氢气 浓度、流量等数据进行处理。具体流程结合下面实施例进行详细说明。采用上述试验台对供氢系统的过流阀安全性的检测方法实施例的工作过程为关闭过流阀5前面的手动针阀41，然后在手动球阀31和管路堵头61之间接上待测试的过流阀， 使待测试的过流阀与供氢系统模拟装置上的过流阀并联。打开气源，并最大量地开启除了 手动针阀47外的所有手动阀和电f阀，然后逐渐增大手动针阀47的开口控制管路中的流 量，模拟管路断裂。在这种情况下，首先设置主控计算机的数据采样频率，然后通过流量 计14检测管路中的流量，通过高压压力传感器91和低压压力传感器92分别测试管路中 的压力，通过氢气探测器检测待测试的过流阀周围的氢气浓度，并显示相关曲线。如果管 路中的氢气流量大于或等于燃料电池额定流量，则比较高、低压压力传感器的值，同时分 析氢气流量变化趋势。如果高、低压压力传感器的值突然降低，或者氢气流量突然降低， 则待测过流阀正常，否则该过流阀不正常，关闭所有电磁阀，同时启动过流阀报警指示灯 和蜂鸣器，检测结束；如图4流程A所示。如果待测试过流阀周围的氢气浓度等于阈值1(0.4%)，就发出氢气泄漏一级报警，使 黄色报警灯闪烁。如果氢气浓度等于阈值2 (1.2%)，就发出气泄漏二级报警，使橙色报警 指示灯闪烁，同时启动蜂鸣器。如果氢气浓度等于阈值3 (2%)，就发出气泄漏三级报警， 使红色报警灯闪烁，同时启动蜂鸣器，而且关闭所有电磁阔。本发明检测电磁阀的实施例的工作过程为关闭高压电磁阀8前面的手动针阀42，然 后在手动球阀32和管路堵头62之间接上待测试的电磁阀81，使待测试的电磁阀与供氢系 统模拟装置上的高压电磁阀8并联，并且在被测电磁阀81前面安装压力传感器93 (如图 2b所示)。关闭减压阀12前的手动针阀43，并打开气源，使氢气经过被测电磁阀81。在 这种情况下，首先设置主控计算机的数据采样频率，然后通过高压压力传感器91测试待 测试电磁阀出口的压力，通过高压压力传感器93测试待测试电磁阔入口的压力，通过氢 气探测器检测待测试的电磁阀周围的氢气浓度，并显示相关曲线。当被测电磁阀81进出 口压力相同时，先后关闭被测电磁阀81和气源，并打开减压阀12前的针阀43，彻底排掉 管路内的气体。如果电磁阀入口压力值不变，就说明电磁阀完全关闭，满足电磁阀性能指 标，否则电磁阀失效，应该关闭手动针阀41，以免氢气继续泄漏，如图4流程B所示。如果待测试电磁阀周围的氢气浓度等于阈值1(0.4%)，就发出氢气泄漏一级报警，使 黄色报警灯闪烁。如果氢气浓度等于阈值2 (1.2%)，就发出气泄漏二级报警，使橙色报警 指示灯闪烁，同时启动蜂鸣器。如果氢气浓度等于阈值3 (2%)，就发出气泄漏三级报警， 使红色报警灯闪烁，同时启动蜂鸣器。本发明检测减压阀的实施例的工作过程为关闭减压阔12前后的手动针阀43和44， 然后在手动球阀33和管路堵头63之间接上待测试的减压阀，使待测试的减压阀与供氢系 统模拟装置上的减压阀并联。在这种情况下，首先设置主控计算机的数据采样频率，然后 通过高压压力传感器91和低压压力传感器92分别测试减压阀入口和出口的压力，通过氢 气探测器检测待测试的电磁阀周围的氢气浓度，并显示相关曲线。打开气源，使气体经过 被测减压阀。此时，打开所有手动阀和电磁阀。如果入口压力恒定时，出口压力不超过燃 料电池额定压力(本实施例为1.4~3MPa)时，就说明减压阀满足性能指标，否则，该减压 阀失效，启动蜂鸣器。如图4流程C所示如果待测试减压阀周围的氢气浓度等于阈值1(0.4%)，就发出氢气泄漏一级报警，使 黄色报警灯闪烁。如果氢气浓度等于阈值2 (1.2%)，就发出气泄漏二级报警，使橙色报警 指示灯闪烁，同时启动蜂鸣器。如果氢气浓度等于阈值3 (2%)，就发出气泄漏三级报警， 使红色报警灯闪烁，同时启动蜂鸣器，关闭所有电磁阀。
权利要求
1、一种燃料电池客车供氢系统安全性检测试验台，其特征在于，该试验台包括供氢系统模拟装置，用于在实车模拟环境下对供氢系统的关键零部件的性能进行安全性检测；主控计算机，用于对供氢系统模拟装置操作进行控制电控柜，用于对供氢系统模拟装置的所有传感器、电磁阀、报警器集中供电，独立控制电磁阀；高压氢气瓶，用于为供氢系统模拟装置提供气源；氢气探测器；用于对供氢系统模拟装置的氢气进行检测；其中，供氢系统模拟装置与高压氢气瓶输出口相连，且与主控计算机进行双向连接；主控计算机与电控柜，高压氢气瓶，氢气探测器相连，电控柜分别与高压氢气瓶、供氢系统模拟装置相连；该试验台还包括固定、支撑供氢系统模拟装置的台架。
2、 如权利要求1所述试验台，其特征在于，所述供氢系统模拟装置包括用氢气管 路依次相连成整体的氢气瓶接口、过流阀、高压电磁阀、减压阀或安全阀中的一种或一种 以上的标准阀门及排空管；连接在该管路中的流量计、压力传感器、温度传感器、压力表。
3、 如权利要求2所述试验台，其特征在于，所述供氢系统模拟装置还包括连接在 该管路中的过滤器。
4、 如权利要求1所述试验台，其特征在于，所述电控柜由传感器外供电电路和电磁 阀控制电路、报警控制电路组成。
5、 采用如权利要求1所述试验台对供氢系统的关键零部件的性能进行安全性检测方 法，其特征在于，对过流阀安全性的检测，包括以下步骤1) 关闭供氢系统模拟装置管路中连接在过流阀一侧的手动针阀，然后在该过流阀两 侧的手动球阀和管路堵头之间接上待测试的过流阀，使待测试的过流阔与供氢系统模拟装 置上的过流阀并联；2) 打开气源，并完全开启供氢系统模拟装置管路中除了步骤l)中的手动针阀外的所 有阀门；3) 逐 渐增大该手动针阀的开口，控制该管路中的流量，模拟该管路断裂情况；4) 设置主控计算机的数据采样频率，采集检测管路中的流量，高、低压压力，待测 试的过流阀周围的氢气浓度；5) 如果管路中的氢气流量大于或等于燃料电池额定流量时，则比较高、低压压力值， 同时分析氢气流量变化趋势；如果高、低压压力传感器的值突然降低，或者氢气流量突然 降低，则待测过流阀正常，转步骤6)，否则该过流阀不正常，同时启动过流阀报警指示灯 和蜂鸣器，转步骤7);6) 如果待测试过流阔周围的氢气浓度小于氢气泄漏阈值l，则过流阀质量合格；如果氢气浓度等于氢气泄漏阈值1则发出氢气泄漏一级报警；如果氢气浓度等于氢气泄漏阈值 2，则发出气泄漏二级报警，同时启动蜂鸣器；如果氢气浓度等于氢气泄漏阈值3，则发出气泄漏三级报警，同时启动蜂鸣器，其中阈值1<阈值2<阈值3; 7)关闭所有电磁阀，检测结束。
6、 采用如权利要求1所述试验台对供氢系统的关键零部件的性能进行安全性检测方 法，其特征在于，对电磁阀安全性的检测，包括以下步骤1) 关闭供氢系统模拟装置管路中连接在高压电磁阀一侧的手动针阔，然后在该高压 电磁阀两侧的手动球阀和管路堵头之间接上待测试的电磁阔，使待测试的电磁阀与供氢系 统模拟装置上的高压电磁阀并联，并且在被测电磁阔前面安装压力传感器；2) 关闭该管路中减压阀前的手动针阀，并打开气源，使氢气经过被测电磁阀；3) 设置主控计算机的数据采样频率，采集测试待测试电磁阀出口的压力和入口的压 力，待测试的电磁阀周围的氢气浓度；4) 当被测电磁阀进出口压力相同时，先后关闭被测电磁阀和气源，并打开该减压阀 前的针阀，排掉管路内的全部气体；5) 如果电磁阀入口压力值不变，即电磁阀完全关闭，则该被测电磁阀性能合格，转 步骤6)，否则该电磁阀失效，同时关闭手动针阀，以免氢气继续泄漏，转步骤7);6) 如果待测试电磁阀周围的氢气浓度小于氢气泄漏阈值l，则电磁阀质量合格；如果 氢气浓度等于氢气泄漏阈值l则发出氢气泄漏一级报警；如果氢气浓度等于氢气泄漏阈值 2,则发出气泄漏二级报警，同时启动蜂鸣器；如果氢气浓度等于氢气泄漏阈值3，则发出 气泄漏三级报警，同时启动蜂鸣器，其中阈值1<阈值2<阈值3;7) 关闭所有阀门，检测结束。
7、 采用如权利要求1所述试验台对供氢系统的关键零部件的性能进行安全性检测方 法，其特征在于，对电磁阀安全性的检测，包括以下步骤1) 关闭供氢系统模拟装置管路中连接在减压阀两侧的手动针阀，然后在该减压阀两 侧的手动球阀和管路堵头之间接上待测试的减压阔，使待测试的减压阀与供氢系统模拟装 置上的减压阀并联；2) 打开气源，使气体经过被测减压阀，打开所有手动阀和电磁阀；3) 设置主控计算机的数据采样频率，采集被测试减压阀入口和出口的压力，待测试 的电磁阀周围的氢气浓度；4) 如果被测试减压阀入口压力恒定时，出口压力小于等于燃料电池额定压力时，则 该减压阀性能合格，转步骤5)，否则，该减压阀失效，启动蜂鸣器，转步骤6);5) 如果待测试减压阀周围的氢气浓度小于氢气泄漏阈值l，则减压阀质量合格；如果 氢气浓度等于氢气泄漏阈值1则发出氢气泄漏一级报警；如果氢气浓度等于氢气泄漏阈值 2，则发出气泄漏二级报警，同时启动蜂鸣器；如果氢气浓度等于氢气泄漏阈值3，则发出 气泄漏三级报警，同时启动蜂鸣器，其中阈值1<阈值2<阈值3;6) 关闭所有阔门，检测结束。
全文摘要
本发明涉及燃料电池客车供氢系统安全性检测试验台及其检测方法，属于燃料电池客车安全技术领域；该试验台包括供氢系统模拟装置，主控计算机，电控柜，高压氢气瓶，氢气探测器；其中，供氢系统模拟装置与高压氢气瓶输出口相连，且与主控计算机进行双向连接；主控计算机与电控柜，高压氢气瓶，氢气谈起其相连，电控柜分别与高压氢气瓶、供氢系统模拟装置相连；该试验台还包括固定、支撑供氢系统模拟装置的台架。该方法包括将待测阀门与供氢系统模拟装置管路中的相同阀门并联，模拟待测阀门的工作状态，根据采集管路中的气压、流量、氢气浓度等数据，判断出待测阀门性能是否合格。本发明能动态测试燃料电池客车供氢系统关键部件的安全性。
文档编号G01M99/00GK101324485SQ200810116498
公开日2008年12月17日 申请日期2008年7月11日 优先权日2008年7月11日
发明者伟 姚, 波 成, 李希浩, 林长春, 哲 金 申请人:清华大学