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一種氫燃料電池汽車(chē)氫泄漏擴(kuò)散濃度監(jiān)測(cè)試驗(yàn)裝置及方法

文檔序號(hào):42170252發(fā)布日期:2025-06-13 16:27閱讀:24來(lái)源:國(guó)知局

本發(fā)明涉及氫能源安全,特別涉及一種氫燃料電池汽車(chē)氫泄漏擴(kuò)散濃度監(jiān)測(cè)試驗(yàn)裝置及方法。


背景技術(shù):

1、氫燃料電池汽車(chē)在運(yùn)行過(guò)程中可能存在氫泄漏風(fēng)險(xiǎn),氫泄漏后易發(fā)生擴(kuò)散并與空氣混合,若濃度達(dá)到一定范圍且遇到火源,極易引發(fā)爆炸或燃燒事故。

2、為了保障氫燃料電池汽車(chē)的安全運(yùn)行,對(duì)氫泄漏擴(kuò)散濃度的監(jiān)測(cè)與研究具有十分重要的意義。通過(guò)對(duì)泄漏氫氣在不同空間位置、不同工況條件下的擴(kuò)散規(guī)律進(jìn)行監(jiān)測(cè)和數(shù)據(jù)分析,可為氫燃料電池汽車(chē)的安全設(shè)計(jì)、風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估和應(yīng)急預(yù)案的制定提供科學(xué)依據(jù)。

3、目前,在對(duì)氫燃料電池汽車(chē)進(jìn)行氫泄漏擴(kuò)散監(jiān)測(cè)時(shí),需要涵蓋不同氫燃料電池汽車(chē)車(chē)型,同時(shí)能夠還原各種氫泄漏工況,包括輸氫管路連接件微泄漏、駕駛艙氫泄漏、低壓輸氫管路破口氫泄漏、高壓輸氫管路破口氫泄漏。因此,如何建立一個(gè)能還原各類(lèi)型氫燃料電池汽車(chē)不同氫泄漏工況的試驗(yàn)裝置,并配合完善的數(shù)據(jù)采集與存儲(chǔ)系統(tǒng),成為研究和應(yīng)用中的關(guān)鍵需求。


技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本技術(shù)的目的在于提供一種氫燃料電池汽車(chē)氫泄漏擴(kuò)散濃度監(jiān)測(cè)試驗(yàn)裝置及方法,以解決或緩解上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的問(wèn)題,本技術(shù)通過(guò)合理搭建氫泄漏擴(kuò)散平臺(tái),能夠在模擬還原各類(lèi)型氫燃料電池汽車(chē)不同氫泄漏工況的同時(shí),獲取高精度、多點(diǎn)位的氫濃度分布數(shù)據(jù),可輔助制定、實(shí)施氫燃料電池汽車(chē)氫泄漏事故應(yīng)急處置方案,預(yù)防和避免氫泄漏爆炸事故的發(fā)生。

2、為了實(shí)現(xiàn)上述目的,本技術(shù)提供如下技術(shù)方案:

3、本技術(shù)提供一種氫燃料電池汽車(chē)氫泄漏擴(kuò)散濃度監(jiān)測(cè)試驗(yàn)裝置,包括儲(chǔ)氫系統(tǒng)、流量控制系統(tǒng)、泄漏口模擬裝置、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和數(shù)據(jù)儲(chǔ)存控制系統(tǒng);

4、所述儲(chǔ)氫系統(tǒng),包括氫氣瓶及氣體控制閥;

5、所述流量控制系統(tǒng),包含多條并聯(lián)設(shè)置的氣流通路,每條氣流通路的一端通過(guò)管路連接所述儲(chǔ)氫系統(tǒng),每條所述氣流通路的另一端分別對(duì)應(yīng)連接一個(gè)所述泄漏口模擬裝置的泄漏口,用于模擬氫燃料電池汽車(chē)的多種氫泄漏工況,每條所述氣流通路上并聯(lián)設(shè)置有多條氣流分路,各個(gè)氣流分路上均對(duì)應(yīng)設(shè)置有控制管路通斷的流體控制機(jī)構(gòu),且不同的氣流分路通過(guò)不同的泄漏控制方式對(duì)泄漏氣體流量進(jìn)行調(diào)控;其中,所述泄漏控制方式包括:設(shè)置氣體流量控制組件、管路內(nèi)壓力與對(duì)應(yīng)的氣流分路一端連接的泄漏口尺寸聯(lián)合控制;

6、所述數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)包括多個(gè)數(shù)據(jù)采集單元,所述數(shù)據(jù)采集單元分布于所述氫燃料電池汽車(chē)各個(gè)被測(cè)點(diǎn)位,用于收集氫泄漏濃度數(shù)據(jù);

7、所述數(shù)據(jù)儲(chǔ)存控制系統(tǒng)用于儲(chǔ)存和分析所述數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)采集的數(shù)據(jù)以及通過(guò)控制流體控制機(jī)構(gòu)的開(kāi)關(guān)用來(lái)控制各個(gè)氣流分路上管路的通斷,所述數(shù)據(jù)儲(chǔ)存控制系統(tǒng)分別與所述數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、所述流量控制系統(tǒng)中各個(gè)氣流分路上的流體控制機(jī)構(gòu)、氣體流量控制組件通過(guò)數(shù)據(jù)線連接。

8、優(yōu)選的,所述氣體控制閥包括用于調(diào)節(jié)氫氣壓力的第一減壓閥、控制與氫氣瓶連接管路通斷的第一電磁閥,且所述第一電磁閥通過(guò)數(shù)據(jù)線與所述數(shù)據(jù)儲(chǔ)存控制系統(tǒng)相連接;

9、所述流體控制機(jī)構(gòu)為在各個(gè)氣流分路上對(duì)應(yīng)設(shè)置的電磁閥,所述氣體流量控制組件為在對(duì)應(yīng)氣流分路上設(shè)置的流量控制器;

10、所述氣流通路包括并聯(lián)設(shè)置的第一氣流通路和第二氣流通路,所述第一氣流通路對(duì)應(yīng)的各個(gè)氣流分路通過(guò)對(duì)應(yīng)的流量控制器對(duì)泄漏氣體流量進(jìn)行調(diào)控,所述第二氣流通路對(duì)應(yīng)的各個(gè)氣流分路通過(guò)控制管路內(nèi)氣壓與對(duì)應(yīng)的氣流分路一端連接的泄漏口尺寸對(duì)泄漏氣體流量進(jìn)行調(diào)控。

11、優(yōu)選的,所述第一氣流通路上設(shè)置兩條并聯(lián)設(shè)置的第一氣流分路、第二氣流分路,所述第一氣流分路、第二氣流分路分別與不同的氫泄漏工況對(duì)應(yīng);

12、所述第一氣流分路包括串聯(lián)組成的第四電磁閥、第一流量控制器,所述第二氣流分路包括串聯(lián)組成的第五電磁閥與第二流量控制器;

13、其中,所述第一流量控制器、第二流量控制器的流量控制范圍不同,與對(duì)應(yīng)氣流分路適應(yīng)的氫泄漏工況的流量范圍相匹配,所述第一流量控制器、第二流量控制器的承壓范圍均為0mpa-3mpa,且進(jìn)出口壓差均不超過(guò)0.5mpa。

14、優(yōu)選的,所述第二氣流通路上設(shè)置兩條并聯(lián)設(shè)置的第三氣流分路、第四氣流分路,所述第三氣流分路包括串聯(lián)組成的第六電磁閥、用于檢測(cè)流量的流量計(jì)、第八電磁閥,所述流量計(jì)承壓范圍為0mpa-10mpa,管路承壓70mpa;所述第八電磁閥位于流量計(jì)的下游,選擇第三氣流分路進(jìn)行試驗(yàn)時(shí),需同時(shí)開(kāi)啟第六電磁閥、第八電磁閥;

15、所述第四氣流分路由第七電磁閥獨(dú)立控制,選擇所述第四氣流分路進(jìn)行氫泄漏試驗(yàn)時(shí),需打開(kāi)所述第七電磁閥且同時(shí)關(guān)閉所述第六電磁閥、第八電磁閥,通過(guò)所述第六電磁閥、第八電磁閥對(duì)第三氣流分路與第四氣流分路連接的管路進(jìn)行斷開(kāi)避免承受壓力過(guò)大導(dǎo)致流量計(jì)壓爆損壞。

16、優(yōu)選的,所述泄漏口模擬裝置包括:第一泄漏口、第二泄漏口,所述氣流通路包括并聯(lián)設(shè)置的第一氣流通路和第二氣流通路,所述第一泄漏口與第一氣流通路相連,所述第二泄漏口與第二氣流通路相連;

17、所述泄漏口模擬裝置通過(guò)調(diào)節(jié)泄漏口結(jié)構(gòu)對(duì)不同的氫泄漏工況進(jìn)行模擬,氫泄漏工況包括:輸氫管路連接件松動(dòng)導(dǎo)致的泄漏、駕駛艙空調(diào)出風(fēng)口泄漏、低壓或高壓輸氫管路破口泄漏,其中低壓輸氫管路破口泄漏中低壓為0.8-1.3mpa,高壓輸氫管路破口泄漏中高壓高于1.3mpa,最高到70mpa。

18、優(yōu)選的,還包括集成箱體,多條氣流通路的一端及各個(gè)氣流分路位于所述集成箱體內(nèi),多條氣流通路的另一端延伸至集成箱體外部且分別與對(duì)應(yīng)的所述泄漏口模擬裝置中的泄漏口相連接;

19、所述集成箱體還連接有儲(chǔ)氮系統(tǒng),所述儲(chǔ)氮系統(tǒng)包括氮?dú)馄俊⒌诙姶砰y及用于調(diào)節(jié)供氮壓力的第二減壓閥,所述氮?dú)馄?、第二電磁閥、第二減壓閥均通過(guò)管路連接,所述第二電磁閥通過(guò)數(shù)據(jù)線與所述數(shù)據(jù)儲(chǔ)存控制系統(tǒng)相連接;所述第二減壓閥還通過(guò)管路向所述集成箱體內(nèi)輸送氮?dú)猓谒黾上潴w上還設(shè)置有用于調(diào)節(jié)排氣壓力的排氣閥,使所述集成箱體內(nèi)氣壓始終保持正壓并且從所述集成箱體上部排出氣體。

20、優(yōu)選的,所述氮?dú)馄窟€連接有吹掃管路,所述吹吹掃管路上設(shè)置有第三電磁閥,所述吹掃管路的末端設(shè)置有吹掃噴口,通過(guò)所述吹掃噴口噴出氮?dú)庥脕?lái)防止試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)氫氣濃度過(guò)高。

21、本發(fā)明還提供一種氫燃料電池汽車(chē)氫泄漏擴(kuò)散濃度監(jiān)測(cè)試驗(yàn)方法,采用上述試驗(yàn)裝置,所述方法包括以下步驟:

22、s1、根據(jù)所述氫燃料電池汽車(chē)氫泄漏工況選擇對(duì)應(yīng)的氣流分路;

23、s2、調(diào)節(jié)儲(chǔ)氫系統(tǒng)中的氣體控制閥,將供氣壓強(qiáng)調(diào)節(jié)至所需范圍;

24、s3、同時(shí)調(diào)節(jié)泄漏口模擬裝置,使其匹配氫泄漏工況的泄漏點(diǎn)位、泄漏尺寸、泄漏角度;

25、s4、開(kāi)啟數(shù)據(jù)采集系統(tǒng),通過(guò)數(shù)據(jù)儲(chǔ)存控制系統(tǒng)控制對(duì)應(yīng)氣流分路電磁閥開(kāi)關(guān),使氣流分路形成通路,通過(guò)泄漏口模擬氫氣泄漏;

26、s5、通過(guò)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)采集所述氫燃料電池汽車(chē)內(nèi)的氫泄漏濃度數(shù)據(jù),并將數(shù)據(jù)傳輸至所述數(shù)據(jù)儲(chǔ)存控制系統(tǒng)進(jìn)行儲(chǔ)存和分析。

27、優(yōu)選的,步驟s1具體為:

28、若進(jìn)行氫燃料電池汽車(chē)管路連接件處氫氣泄漏試驗(yàn),泄漏流量為8ml/min-400ml/min時(shí),選擇第一氣流分路,控制關(guān)閉其他氣流分路上對(duì)應(yīng)的電磁閥,并采用對(duì)應(yīng)的流量控制器控制泄漏流量;

29、若進(jìn)行氫燃料電池汽車(chē)駕駛艙氫氣泄漏試驗(yàn),泄漏流量為400ml/min-20l/min時(shí),選擇第二氣流分路,控制關(guān)閉其他氣流分路上對(duì)應(yīng)的電磁閥,并采用對(duì)應(yīng)的流量控制器控制泄漏流量;

30、若進(jìn)行氫燃料電池汽車(chē)低壓輸氫管路氫氣泄漏試驗(yàn)或者氫燃料電池汽車(chē)駕駛艙氫氣泄漏試驗(yàn),泄漏流量為20l/min-1000l/min時(shí),選擇第三氣流分路,通過(guò)氣體控制閥控制所述第三氣流分路的泄漏壓強(qiáng),并控制關(guān)閉其他氣流分路上對(duì)應(yīng)的電磁閥;

31、若進(jìn)行氫燃料電池汽車(chē)高壓輸氫管路氫氣泄漏試驗(yàn),泄漏流量高于1000l/min,選擇第四氣流分路,通過(guò)氣體控制閥控制所述第四氣流分路的泄漏壓強(qiáng),并控制關(guān)閉其他氣流分路上對(duì)應(yīng)的電磁閥;

32、所述第四氣流分路泄漏質(zhì)量流量滿足函數(shù):

33、

34、其中d為泄漏口等效直徑,p為泄漏壓強(qiáng),t為環(huán)境溫度。

35、優(yōu)選的,步驟還包括s6、試驗(yàn)過(guò)程中,當(dāng)需要向集成箱體內(nèi)通入氮?dú)鈺r(shí),開(kāi)啟第二電磁閥,并將供氣壓強(qiáng)調(diào)節(jié)至所需壓強(qiáng)范圍;試驗(yàn)完成后,通過(guò)氮?dú)獯祾咔宄龤埩魵錃狻?/p>

36、有益效果:

37、(1)本發(fā)明通過(guò)合理搭建氫燃料電池汽車(chē)氫泄漏擴(kuò)散試驗(yàn)平臺(tái)及完善的數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)儲(chǔ)存控制系統(tǒng),有利于測(cè)試、分析氫燃料電池汽車(chē)氫泄漏后擴(kuò)散特性,研究結(jié)果可輔助制定、實(shí)施氫燃料電池汽車(chē)氫泄漏事故應(yīng)急處置方案,預(yù)防和避免氫泄漏火災(zāi)爆炸事故的發(fā)生,對(duì)氫燃料電池汽車(chē)的安全應(yīng)用具有重要的價(jià)值。

38、(2)本發(fā)明的氫燃料電池汽車(chē)氫泄漏擴(kuò)散濃度監(jiān)測(cè)試驗(yàn)裝置,具有可模擬氫燃料電池汽車(chē)不同氫泄漏工況、遠(yuǎn)程控制、實(shí)驗(yàn)過(guò)程安全等優(yōu)點(diǎn),并且實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)及數(shù)據(jù)采集過(guò)程清晰明了,易于操作實(shí)驗(yàn)開(kāi)展研究,可靠性高,易于推廣應(yīng)用。

39、(3)本發(fā)明數(shù)據(jù)采集單元分布于氫燃料電池汽車(chē)各個(gè)被測(cè)點(diǎn)位,數(shù)據(jù)采集點(diǎn)位的布局主要根據(jù)實(shí)際氫燃料電池汽車(chē)車(chē)體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),涵蓋四種典型泄漏類(lèi)型所需要監(jiān)測(cè)的關(guān)鍵點(diǎn)位,采用這種監(jiān)測(cè)點(diǎn)位設(shè)計(jì)方案可以監(jiān)測(cè)氫泄漏后氫氣擴(kuò)散過(guò)程,充分地測(cè)量泄漏后的氫氣數(shù)據(jù),避免進(jìn)行均布式設(shè)置數(shù)據(jù)采集位點(diǎn),為實(shí)際制造車(chē)輛過(guò)程中車(chē)企對(duì)氫氣傳感器的布置提供參考,以及為發(fā)生車(chē)禍后消防救援人員應(yīng)急處置方案的設(shè)計(jì)提供參考,這樣一定程度上可提高數(shù)據(jù)采集單元利用率,從而降低測(cè)試成本。

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