燃料電池系統(tǒng)增濕器性能測試規(guī)范

1燃料電池系統(tǒng)增濕器性能測試規(guī)范本文件規(guī)定了燃料電池系統(tǒng)用增濕器臺架技術(shù)要求及性能測試規(guī)范。本文件適用于車用燃料電池發(fā)動機(jī)用氣-氣式增濕器。2規(guī)范性引用文件下列文件對于本文件的應(yīng)用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，僅注日期的版本適用于本文件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改單）適用于本文件。GB/T23711.6塑料襯里壓力容器試驗方法GB/T28816燃料電池術(shù)語GB/T30832閥門流量系數(shù)和流阻系數(shù)試驗方法3術(shù)語和定義GB/T28816界定的以及下列術(shù)語和定義適用于本文件。3.1氣-氣式增濕器gas-gastypehumidifier利用濕氣對干氣進(jìn)行加濕的增濕器。3.2增濕膜humidificationmembrane利用物理或化學(xué)特性，讓水通過其自身，從而達(dá)到增濕效果的膜材。3.3干側(cè)dryside氣-氣式增濕器內(nèi)，流通干氣的一側(cè)。3.4濕側(cè)wetside氣-氣式增濕器內(nèi)，流通濕氣的一側(cè)。3.5干氣入口（干入）dryairinport（dryin）氣-氣式增濕器內(nèi)，流通干氣的入口。3.6干氣出口（干出）dryairoutport(dryout)2氣-氣式增濕器內(nèi)，流通干氣的出口。3.7濕氣入口（濕入）wetairinport(wetin)氣-氣式增濕器內(nèi)，流通濕氣的入口。3.8濕氣出口（濕出）wetairoutport(wetout)氣-氣式增濕器內(nèi)，流通濕氣的出口。3.9露點溫度（露點）dewpoint（DewT）水汽含量不變，保持氣壓一定的情況下，使空氣冷卻至完全飽和或達(dá)到100％相對濕度的溫度。3.10相對濕度relativehumidity(RH)空氣中水汽壓與相同溫度下飽和水汽壓的百分比，或濕空氣的絕對濕度與相同溫度下可能達(dá)到的最大絕對濕度之比。3.11露點接近溫度approachdewpointtemperature(ADT)氣-氣式增濕器的濕入空氣露點與干出空氣露點的差值。3.12水分傳輸效率watertransferefficiency(WTE)氣-氣式增濕器的干出水分質(zhì)量與濕入水分質(zhì)量的百分比。3.13壓降pressuredrop(?P)空氣流經(jīng)一段腔體時的壓力降（壓力損失）。3.14氣體流量airflowrate(Q)單位時間內(nèi)流經(jīng)某一截面的空氣量。3.15外漏值externalleakagevalue增濕器內(nèi)部氣體泄漏到外部的量。3.163內(nèi)漏值internalleakagevalue增濕器干側(cè)和濕側(cè)互相竄漏的量。4試驗要求4.1樣件要求對被測樣品進(jìn)行上文所述外漏測試及內(nèi)漏測試，測試結(jié)果滿足該產(chǎn)品的技術(shù)要求方可進(jìn)行4.2試驗環(huán)境a）試驗應(yīng)在可控溫控濕的密閉空間內(nèi)進(jìn)行；b）試驗場地應(yīng)有可靠的安全防護(hù)措施；c）需滿足試驗設(shè)備的供電要求。4.3設(shè)備儀器要求表1主要測量器件及精度℃4.4內(nèi)外漏及耐壓測試臺架要求a)壓力提供裝置可選用穩(wěn)壓惰性氣體或壓縮空氣，其壓力值應(yīng)滿足所測壓力范圍；b)壓力調(diào)節(jié)設(shè)備需自帶壓力傳感器，傳感器量程為最高試驗壓力的1.5~2倍，傳感器精度滿足表1要求；c)壓力調(diào)節(jié)設(shè)備需具備10min以上的保壓能力，壓力衰減應(yīng)小于1kPa；d)氣體輸送管路應(yīng)具備較低的壓降，確保增濕器內(nèi)漏時仍能保持干濕兩側(cè)壓差在設(shè)定值的±2kPa以內(nèi)。4.5增濕性能及流阻測試臺架要求4.5.1臺架架構(gòu)增濕性能及流阻測試臺架架構(gòu)圖如圖1所示。4圖1增濕器增濕性能及流阻測試示意圖4.5.2增濕性能及流阻測試臺架濕氣系統(tǒng)a）濕氣發(fā)生器應(yīng)采用加熱蒸發(fā)式和水-氣式，需使用去離子水作為濕氣來源；b）應(yīng)采用氣體壓縮機(jī)輸送濕氣；c）產(chǎn)生的濕氣進(jìn)入被測增濕器時不應(yīng)包含液態(tài)水，即濕入相對濕度在100%以下；d）濕氣進(jìn)入被測增濕器前，必須經(jīng)過過濾裝置（具體過濾要求視增濕器特性而定），防止顆粒物和有害氣體對增濕器造成損害；e）具備濕氣流量和壓力的調(diào)節(jié)功能。4.5.3增濕性能及流阻測試臺架干氣系統(tǒng)a）應(yīng)從自然環(huán)境取氣作為干氣來源。（亦應(yīng)加裝除濕設(shè)備進(jìn)行干氣制備）；b）應(yīng)采用氣體壓縮機(jī)輸送干氣；c）干氣進(jìn)入被測增濕器前，必須經(jīng)過過濾裝置（具體過濾要求視增濕器特性而定），防止顆粒物和有害氣體對增濕器造成損害；d）具備干氣流量和壓力的調(diào)節(jié)功能。4.5.4增濕性能及流阻測試臺架溫控系統(tǒng)a）應(yīng)采用電加熱/散熱或水浴加熱/散熱進(jìn)行溫度控制；b）具備對干入和濕入空氣溫度的調(diào)節(jié)功能；c）冷卻能力需滿足實驗設(shè)備的電機(jī)和控制器不超溫。4.5.5增濕性能及流阻測試臺架尾排系統(tǒng)a）被測增濕器的干出和濕出需各自單獨(dú)連接至尾排，避免相互壓力造成影響；b）尾排可使用電控閥門來調(diào)節(jié)背壓；c）尾排需從試驗臺架所處密閉空間引出至室外，避免尾排溫度和濕度對試驗環(huán)境造成影響。55試驗方法5.1參數(shù)測量5.1.1壓力測量被測增濕器的干入/干出/濕入/濕出氣體的壓力測量，應(yīng)采用內(nèi)壁光滑的圓形截面測量管，管道截面積不小于增濕器的接口面積。測試點距離增濕器出入口1～2倍管徑，壓力傳感器應(yīng)垂直于管壁安裝。5.1.2溫度測量溫度測量點應(yīng)該布置在距離被測增濕器接口1～2倍管徑的位置處，插入深度應(yīng)該滿足傳感器使用要求。5.1.3流量測量流量測量可采用氣體質(zhì)量流量計，測量點應(yīng)該布置在入口5倍管徑的位置，并按流量計使用說明進(jìn)行安裝設(shè)定。5.1.4濕度測量濕度測量可采用溫濕度變送器，測量探頭應(yīng)該盡量靠近前文所述溫度測量點，并確保不會有冷凝水流至探頭處影響其溫度表征。5.1.5泄露量測量a）壓力衰減法：通過壓力調(diào)節(jié)設(shè)備上一段時間內(nèi)的壓力衰減進(jìn)行測量；b）泄露流量法：通過壓力調(diào)節(jié)設(shè)備上的泄露流量值或外接數(shù)顯氣體流量計進(jìn)行測量。5.2內(nèi)外漏及耐壓測試5.2.1試驗前準(zhǔn)備a）保壓系統(tǒng)有充足氣源，可提供穩(wěn)定氣壓；b）所有支架安裝穩(wěn)固。5.2.2測試步驟5.2.2.1外漏測試a）將增濕器按照圖2所示方式與保壓系統(tǒng)進(jìn)行連接，使氣體從干入/濕入管口進(jìn)入增濕器，確保接口完好；b）將壓力調(diào)節(jié)至測量值（推薦值為210kPa）；c）保壓2分鐘，記錄壓力衰減或泄露流量值；d）試驗完成后關(guān)閉電源、氣源，整理試驗臺架。6圖2增濕器外漏測試示意圖5.2.2.2內(nèi)漏測試a）將增濕器按照圖3所示方式與保壓系統(tǒng)和外部數(shù)顯氣體流量計進(jìn)行連接，確保接口完好；b）將壓力調(diào)節(jié)至測量值（推薦值為180kPa）；c）保壓2分鐘，記錄泄露流量值；d）試驗完成后關(guān)閉電源、氣源，整理試驗臺架。圖3增濕器內(nèi)漏測試示意圖5.2.2.3耐壓測試a）將增濕器按照圖2所示方式與保壓系統(tǒng)進(jìn)行連接，確保接口完好；b）先緩慢升壓至試驗壓力的50%，保壓10分鐘后檢查壓力衰減是否異常。如無異常，繼續(xù)按試驗壓力的10%的幅度逐步升壓，直至試驗壓力（推薦為330kPa），在試驗壓力下的保壓時間應(yīng)不少于10分鐘；c）保壓完成后，按照5.2.2.1和5.2.2.2所述步驟進(jìn)行外漏、內(nèi)漏測試；d）試驗完成后關(guān)閉電源、氣源，整理試驗臺架。5.3性能及壓降測試5.3.1試驗前準(zhǔn)備5.3.1.1安裝布置a）被測樣品安裝至臺架；7b）所有支架安裝穩(wěn)固；c）干氣系統(tǒng)、濕氣系統(tǒng)，溫控系統(tǒng)、尾排系統(tǒng)管路連接完好；d）傳感器線束、通訊線束連接完好；e）電源線連接完好。5.3.1.2狀態(tài)檢查a）傳感器正常：有電壓（或電流）信號輸出；b）下位機(jī)正常：CAN發(fā)出數(shù)據(jù)與信號相符；c）上位機(jī)正常：上位機(jī)顯示數(shù)據(jù)與CAN相符；d）溫度在零件需求值范圍內(nèi)。5.3.2試驗方法5.3.2.1啟動臺架a）溫控系統(tǒng)啟動；b）干氣和濕氣系統(tǒng)氣體壓縮機(jī)啟動；c）無故障碼產(chǎn)生；d）各通道顯示數(shù)據(jù)合理。5.3.2.2測試準(zhǔn)備a）控制干入/濕入氣體溫度至需測溫度范圍最低值；b）控制氣體壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速至最大值并保持；c）觀察干入/濕入氣體溫度和濕度值波動，當(dāng)溫度波動小于1°C，濕度波動小于5%RH時，進(jìn)入以下步驟。5.3.2.3性能測試a）結(jié)合待測增濕器自身特點及燃料電池系統(tǒng)運(yùn)行工況制定測試點，測量不同進(jìn)口空氣流量條件下多組數(shù)據(jù)。測試點不可使溫度、氣體流量和干濕兩側(cè)壓差超過增濕器樣品承受范圍。每個測試點下的干入流量（Q-d?y）和濕入流量（Q-wet）差值應(yīng)保持在100sLPM以內(nèi)，推薦每隔500-1000sLPM設(shè)定測試點；b）控制氣體壓縮機(jī)及尾排閥門，調(diào)節(jié)干入/濕入氣體至測試點所需流量和壓力；c）利用溫控系統(tǒng)，調(diào)節(jié)干入/濕入氣體至測試點所需溫度；d）觀察干入/濕入氣體溫度和濕度值波動，當(dāng)溫度波動小于1°C，相對濕度波動小于5%RH，并保持5分鐘以上時，記錄干出/濕出氣體壓力、溫度、濕度（露點溫度）數(shù)據(jù)；e）更換至其他測試點，重復(fù)上述過程；f）試驗完成后關(guān)閉電源、氣源，整理試驗臺架。6數(shù)據(jù)處理處理所采集的多組狀態(tài)下數(shù)據(jù)，包括剔除異常數(shù)據(jù)、處理丟失數(shù)據(jù)（可使用插值方法補(bǔ)全或者舍棄）等。針對特定測試點數(shù)據(jù)，應(yīng)分別按照下述步驟進(jìn)行計算。分別計算干入/干出溫度、壓力、濕度、露點平均值。8分別計算濕入/濕出溫度、壓力、濕度、露點平均值。a)計算干側(cè)壓降其中，pdry_in——干入平均壓力pdry_out——干出平均壓力b)計算濕側(cè)壓降c)計算露點接近溫度ADT=DewTwet-in—DewTdry-out……（3）ADT——露點接近溫