氫燃料電池商用車氫耗與發動機工作效率測試裝置及方法與流程
1.本發明屬于新能源技術領域，尤其涉及一種氫燃料電池商用車氫耗與發動機工作效率測試裝置及方法。
背景技術：
2.氫燃料電池是作為新一代綠能源動力系統，氫燃料電池發動機工作的產物除去車輛所需要的能源電能，只有熱能和水，有助于解決能源危機和環境污染等問題。隨著技術進步，氫燃料電池商用車已逐步實現批量化生產。由于氫氣在制、儲、運和加等環節所產生的成本壓力，氫燃料電池商用車氫耗與發動機的工作效率也成為整車廠乃至客戶比較關注的話題。
3.發明人發現，根據現行的燃料電池電動汽車氫氣消耗量測量方法標準規定，目前氫燃料電池商用車氫耗測試方法主要有壓力-溫度法、質量分析法和流量法三種；以上三種測試方法均采用外接氫氣儲罐的方式，實現試驗過程中氫氣的供應及氫氣消耗量的測量，這就給測試人員帶來了額外的工作量，同時如需測試燃料電池發動機工作效率，還需另外連接高精度電能量分析設備，在一定程度上降低了試驗效率。
技術實現要素：
4.本發明為了解決上述問題，提出了一種氫燃料電池商用車氫耗與發動機工作效率測試裝置及方法，氫燃料電池商用車在轉鼓上或燃料電池發動機在臺架上的氫耗試驗可通過全部收集或部分采集的方式，收集生成的水和未參與化學反應的氫氣，并通過稱重法及簡單的計算公式，即可得出該收集時間的氫氣消耗量與燃料電池發動機的氫氣利用率，可提高工作效率和降低安全隱患。
5.為了實現上述目的，第一方面，本發明提供了一種氫燃料電池商用車氫耗與發動機工作效率測試裝置，采用如下技術方案：
6.一種氫燃料電池商用車氫耗與發動機工作效率測試裝置，包括：
7.尾排收集管道；
8.集水箱，設置在所述尾排收集管道靠近收集口一端的下側；所述集水箱與所述尾排收集管道之間連接有滴水管；
9.管路干燥器，設置在所述尾排收集管道遠離收集口一端；
10.氫氣收集裝置，與所述尾排收集管道的排氣口連接。
11.進一步的，所述尾排收集管道收集口連接燃料電池發動機或氫燃料電池商用車的尾排管。
12.進一步的，所述尾排收集管道靠近所述收集口的一端設置有第一壓力傳感器，靠近所述管路干燥器處設置有第二壓力傳感器。
13.進一步的，所述尾排收集管道包括靠近所述收集口一端的第一水平段、與所述第一水平段連接的豎直段以及與所述豎直段連接的第二水平段；
14.所述第一水平段和所述豎直段上均設置有滴水管與所述集水箱連接。
15.進一步的，所述豎直段上設置有倒漏斗結構，所述倒漏斗結構與所述集水箱之間連接有滴水管。
16.進一步的，所述尾排收集管道靠近所述管路干燥器的一端設置有氣泵。
17.進一步的，所述的尾排收集管道、所述集水箱、所述管路干燥器和氫氣收集裝置均設置為單獨拆卸結構。
18.進一步的，所述的氫氣收集裝置上面為敞口結構。
19.為了實現上述目的，第二方面，本發明還提供了一種氫燃料電池商用車氫耗與發動機工作效率測試方法，采用如下技術方案：
20.一種氫燃料電池商用車氫耗與發動機工作效率測試方法，采用了如第一方面中所述的氫燃料電池商用車氫耗與發動機工作效率測試裝置，包括：通過集水箱和氫氣收集裝置收集燃料電池工作過程中生成的水和未參與化學反應的氫氣；采用稱重法得到水和未參與化學反應的氫氣的質量；根據水的質量計算出參與化學反應的氫氣的質量；通過參與化學反應的氫氣的質量和未參與化學反應氫氣的質量之和，得到氫氣消耗量。
21.進一步的，通過參與化學反應的氫氣的質量和氫氣消耗量，計算出發動機工作效率。
22.與現有技術相比，本發明的有益效果為：
23.本發明中在設置可與燃料電池發動機或氫燃料電池商用車的尾排管連接的尾排收集管道基礎上，通過集水箱和氫氣收集裝置收集燃料電池工作過程中生成的水和未參與化學反應的氫氣；采用稱重法得到水和未參與化學反應的氫氣的質量；根據水的質量計算出參與化學反應的氫氣的質量；通過參與化學反應的氫氣的質量和未參與化學反應氫氣的質量之和，可得到氫氣消耗量；同時，通過參與化學反應的氫氣的質量和氫氣消耗量，可以計算出發動機工作效率；避免了外接氫氣儲罐的方式，降低了測試人的工作量，同時避免了測試燃料電池發動機工作效率時需要連接高精度電能量分析設備的問題，提高了試驗效率。
附圖說明
24.構成本實施例的一部分的說明書附圖用來提供對本實施例的進一步理解，本實施例的示意性實施例及其說明用于解釋本實施例，并不構成對本實施例的不當限定。
25.圖1為本發明實施例1的結構示意圖；
26.其中，1、燃料電池發動機或氫燃料電池商用車；2、第一壓力傳感器；3、尾排收集管道；4、集水箱；5、中控器；6、氣泵；7、第二壓力傳感器；8、管路干燥器；9、氫氣收集裝置。
具體實施方式
27.下面結合附圖與實施例對本發明作進一步說明。
28.應該指出，以下詳細說明都是示例性的，旨在對本技術提供進一步的說明。除非另有指明，本文使用的所有技術和科學術語具有與本技術所屬技術領域的普通技術人員通常理解的相同含義。
29.實施例1：
30.如圖1所示，本實施例提供了一種氫燃料電池商用車氫耗與發動機工作效率測試裝置，包括燃料電池發動機或車1、第一壓力傳感器2、尾排收集管道3、集水箱4、中控器5、氣泵6、第二壓力傳感器7、管路干燥器8和氫氣收集裝置9；
31.為了解決傳統測試方法需要外接氫氣儲罐以及需要連接高精度電能量分析設備的問題，本實施例中，所述集水箱4設置在所述尾排收集管道3靠近收集口一端的下側；所述集水箱4與所述尾排收集管道3之間連接有滴水管；所述管路干燥器8設置在所述尾排收集管道3遠離收集口一端，用于收集未被集水箱4收集的液體水或水蒸氣；所述氫氣收集裝置9與所述尾排收集管道3的排氣口連接，所述氫氣收集裝置9內可以設置高吸氫有機化合物儲氫材料或儲氫合金，利用其具有吸氫特性，收集未完全參與反應的氫氣，在一些實施例中，所述氫氣收集裝置9可以通過常規技術實現，在此不再詳述；所述尾排收集管道3收集口連接燃料電池發動機或氫燃料電池商用車1的尾排管，所述尾排收集管道3可以通過橡膠軟管與燃料電池發動機或氫燃料電池商用車1的的尾排管緊密連接，確保連接處不會產生水或氣體的泄漏，所述尾排收集管道3可以全部采集車輛尾排物也可按照一定比例進行采樣處理，采樣處理的方式與全部采樣原理相同。具體的，在尾排收集管道3與燃料電池發動機或氫燃料電池商用車1的尾排管連接的基礎上，通過集水箱4和氫氣收集裝置9收集燃料電池工作過程中生成的水和未參與化學反應的氫氣；然后，可以采用稱重法得到水和未參與化學反應的氫氣的質量；根據水的質量計算出參與化學反應的氫氣的質量；通過參與化學反應的氫氣的質量和未參與化學反應氫氣的質量之和，可得到氫氣消耗量；同時，通過參與化學反應的氫氣的質量和氫氣消耗量，可以計算出發動機工作效率；避免了外接氫氣儲罐的方式，降低了測試人的工作量，同時避免了測試燃料電池發動機工作效率時需要連接高精度電能量分析設備的問題，提高了試驗效率。
32.尾排收集管道3用于收集燃料電池反應后生成的水和未參與反應的氫氣、空氣，并將液體水通過滴水管導入集水箱4，所述集水箱4用于收集液體水；測試時，尾排收集管道3需要與燃料電池發動機或氫燃料電池商用車1的尾排管連接，尾排收集管道3的增加以及尾排收集管道3中管路干燥器8和氣泵6等的作用，會直接改變尾氣的排氣能力，從而影響燃料電池發動機的工作狀態，為了降低對燃料電池發動機工作狀態的影響，本實施例中，在所述尾排收集管道3靠近所述收集口的一端設置有第一壓力傳感器2，靠近所述管路干燥器8處設置有第二壓力傳感器7；所述尾排收集管道3靠近所述管路干燥器8的一端設置有氣泵6。具體的，通過所述第一壓力傳感器2和所述第二壓力傳感器7可以實時檢測排氣壓力，當中控器5識別到尾氣排放壓力發生變化時，可以通過中控器5控制所述氣泵6來調節排氣壓力，使得尾排壓力平衡，避免測試裝置對燃料電池發動機的工作狀態的影響。
33.所述第一壓力傳感器2和所述第二壓力傳感器7分別布置在燃料電池發動機或氫燃料電池商用車1的尾排管路上和尾排收集管道3上，分別測試所處位置的管道壓力，并將實時信息傳遞給中控器5；氣泵6布置在所述尾排收集管道3上，可通過啟停和轉速調整，實現管道壓力的調整。所述中控器5可根據壓力傳感器監測的管道壓力信息，為所述氣泵6發送啟停和轉速調整等指令，實現所述氣泵6的聯動，以確保尾排壓力平衡，避免測試裝置對燃料電池發動機的工作狀態的影響。
34.根據收集的水的質量，可以計算出參與化學反應的氫氣的質量，根據參與化學反應的氫氣的質量和收集氫氣的質量可以計算出氫耗，為了保證最終檢測氫耗的準確度，需
要保證收集的水的質量以及收集的氫氣質量的準確度，為了提高收集的水的質量，提高氫耗計算準確度，本實施例中，將所述尾排收集管道3設置為三段，分別為靠近所述收集口一端的第一水平段、與所述第一水平段連接的豎直段以及與所述豎直段連接的第二水平段；其中，所述第一水平段和所述豎直段上均設置有滴水管與所述集水箱連接，所述第一水平段和所述豎直段的設計，保證了對水分的收集量；同時，所述豎直段上設置有倒漏斗結構，所述倒漏斗結構與所述集水箱之間連接有滴水管，倒漏斗結構的設置保證了水蒸氣與管道壁的接觸面積，提高了水蒸氣的冷凝效果，進一步提高了水分的收集效果；同時，所述的氫氣收集裝置9上面為敞口結構，待氫氣完全吸收后，空氣可直接排出，提高了收集氫氣的純度。
35.測試時，計算氫耗和發動機工作效率時，均需要收集的水的質量、參與化學反應的氫氣的質量和收集氫氣的質量的參量，這就需要通過稱重法準確的對各個參量進行稱重；為了提高實驗的靈活性，以及保證各參量的稱重準確性，本實施例中，所述的尾排收集管道3、所述集水箱4、所述管路干燥器8和氫氣收集裝置9均設置為單獨拆卸結構，就是將所述的尾排收集管道3、所述集水箱4、所述管路干燥器8和氫氣收集裝置9等設置為均可單獨拆卸的部件，可實現單獨對各參量進行稱重，保證了實驗的靈活性和各參量的稱重準確性，稱重所需的設備要求精度可達到0.01g。
36.所述的集水箱4和所述管路干燥器8均為密閉結構，僅與所述的尾排收集管道連接；
37.本實施例的工作過程或方法為：
38.燃料電池工作過程中，氫氣在催化劑的作用下與空氣中的氧氣發生化學反應，生成的水和未參與化學反應的氫氣都被收集起來，其中水通過所述尾排收集管道3、所述集水箱4和所述管路干燥器8全部收集，未參與化學反應的氫氣通過所述氫氣收集裝置9全部收集，并采用稱重法直接得到水和氫氣的質量，得到生成的水的質量后，通過計算可求出參與化學反應的氫氣的質量，參與化學反應的氫氣的質量與未參與化學反應氫氣的質量之和，即為該收集時間內燃料電池發動機或車輛的氫氣消耗量，其中，該收集時間一般定為車輛在轉鼓上能耗試驗的典型工況時間或燃料電池發動機在臺架上能耗試驗的典型工況時間。
39.本實施例可得到該收集時間內參與化學反應的氫氣的質量與燃料電池發動機或車輛的氫氣消耗量，即可計算出該收集時間內，燃料電池發動機的平均工作效率。
40.得到生成的水的質量后，通過計算可求出參與化學反應的氫氣的質量，參與化學反應的氫氣的質量與未參與化學反應氫氣的質量之和，即為該收集時間內燃料電池發動機或氫燃料電池商用車1的氫氣消耗量；其中，該收集時間一般定為車輛在轉鼓上能耗試驗的典型工況時間或燃料電池發動機在臺架上能耗試驗的典型工況時間。
41.具體的，反應方程式：
42.2h2+o2→
2h2o+電+熱
43.其中，反應生成的水(h2o)的重量由所述的尾排收集管道3、集水箱4和管路干燥器8全部收集，分別稱重后求和，記做m(h2o)，根據元素相對原子質量，可求得參與化學反應的氫氣的質量m
反應
(h2)＝1/9m(h2o)。為參與反應的氫氣由所述的氫氣收集裝置9全部收集，稱重后記做m
未反應
(h2)。氫氣消耗量m
消耗
(h2)＝m
反應
(h2)+m
未反應
(h2)，即得到了該收集時間內燃料電池發動機或車輛的氫氣消耗量。
44.該段時間內的發動機工作效率計算公式：
45.η＝m
反應
(h2)/m
消耗
(h2)
×
100％。
46.測試完成后，可通過同環境溫度、同環境濕度條件下，尾排收集管道3不與燃料電池發動機或氫燃料電池商用車1連接，采用同樣稱重的方式剔除環境中空氣含有的水或易于氫氣收集裝置9收集的物質，再對上述測試結果進行修正。
47.綜上，車輛在轉鼓上或燃料電池發動機在臺架上的氫耗試驗可通過全部收集或部分采集的方式，收集尾排物質，并分離出生成的水和未參與化學反應的氫氣，并通過稱重法及簡單的計算公式，即可得出該收集時間的氫氣消耗量與燃料電池發動機的氫氣利用率，提高了工作效率、降低了安全隱患。
48.實施例2：
49.一種氫燃料電池商用車氫耗與發動機工作效率測試方法，采用了如第一方面中所述的氫燃料電池商用車氫耗與發動機工作效率測試裝置，包括：通過集水箱和氫氣收集裝置收集燃料電池工作過程中生成的水和未參與化學反應的氫氣；采用稱重法得到水和未參與化學反應的氫氣的質量；根據水的質量計算出參與化學反應的氫氣的質量；通過參與化學反應的氫氣的質量和未參與化學反應氫氣的質量之和，得到氫氣消耗量。
50.通過參與化學反應的氫氣的質量和氫氣消耗量，計算出發動機工作效率。
51.以上所述僅為本實施例的優選實施例而已，并不用于限制本實施例，對于本領域的技術人員來說，本實施例可以有各種更改和變化。凡在本實施例的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本實施例的保護范圍之內。
