專利名稱：全檢測型燃料電池發(fā)電系統(tǒng)科研實(shí)驗(yàn)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種燃料電池發(fā)電系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)裝置，尤其是一種全檢測型燃 料電池發(fā)電系統(tǒng)科研實(shí)驗(yàn)裝置。
背景技術(shù)：
燃料電池以其零污染、低噪聲、能量轉(zhuǎn)換效率高、易于模塊化建設(shè)等優(yōu)點(diǎn)， 在電力、運(yùn)輸、航空航天、軍事等領(lǐng)域，具有廣泛的應(yīng)用前景和巨大的市場潛 力。經(jīng)過多年的發(fā)展，燃料電池發(fā)電技術(shù)即將走向?qū)嵱没彤a(chǎn)業(yè)化。研究方向 也集中于電堆性能檢測、系統(tǒng)優(yōu)化控制等實(shí)用關(guān)鍵技術(shù)的研究方面。但目前普 遍缺乏系統(tǒng)集成實(shí)驗(yàn)裝置用于科學(xué)研究和實(shí)驗(yàn)等領(lǐng)域。
發(fā)明內(nèi)容
本實(shí)用新型為燃料電池發(fā)電系統(tǒng)測控技術(shù)的研究提供一個(gè)功能強(qiáng)大的基礎(chǔ) 實(shí)驗(yàn)裝置。通過該裝置，使人們對(duì)整個(gè)系統(tǒng)及控制過程的實(shí)現(xiàn)有一個(gè)較清晰的 了解和理解。
具體來說，本實(shí)用新型給出了一種全檢測型燃料電池發(fā)電系統(tǒng)科研實(shí)驗(yàn)裝 置，包括燃料電池堆、金屬氫化物儲(chǔ)氫單元、燃料電池控制單元、負(fù)載，其特 征在于，所述金屬氧化物儲(chǔ)氫單元的輸出端連接所述燃料電池堆的輸入端，所 述燃料電池堆的一輸出端分別連接負(fù)載，所述控制單元的兩輸出端分別連接金 屬氧化物儲(chǔ)氫單元和燃料電池堆。
比較好的是，所述裝置進(jìn)一步包括操作單元，設(shè)置在所述控制單元和所 述燃料電池堆之間。
比較好的是，所述裝置進(jìn)一步包括溫度檢測單元，設(shè)置在所述控制單元 和燃料電池堆之間，用于檢測所述電池堆的溫度；電壓檢測單元，設(shè)置在所述 控制單元和燃料電池堆之間，用于檢測所述電池堆的電壓。
比較好的是，所述裝置進(jìn)一步包括顯示單元，設(shè)置在所述燃料電池堆的另一輸出端。
比較好的是，所述控制單元進(jìn)一步包括第一控制單元，第二控制單元，第 三控制單元；所述操作單元進(jìn)一步包括第一風(fēng)扇，電磁閥，第二風(fēng)扇，其中， 所述第一控制單元的輸入端連接所述電壓檢測單元，其輸出端連接第一風(fēng)扇的 輸入端，為所述第一風(fēng)扇提供電壓，所述第二控制單元的輸入端連接所述電壓 檢測單元，輸出端連接所述電磁閥，為所述燃料電池堆提供工作濕度，所述第 三控制單元的輸入端連接所述溫度檢測單元和所述電壓檢測單元，其輸出端連 接第二風(fēng)扇的輸入端。
上述結(jié)構(gòu)的全檢測型燃料電池發(fā)電系統(tǒng)科研實(shí)驗(yàn)裝置具有功能強(qiáng)大、結(jié)構(gòu) 簡單，人機(jī)界面友好，可擴(kuò)展性強(qiáng)等特點(diǎn)。有助于研究人員開展實(shí)驗(yàn)，分析實(shí) 驗(yàn)結(jié)果，加深了解各控制變量對(duì)電堆性能的影響。


下面，參照附圖，對(duì)于熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的人員而言，從對(duì)本實(shí)用新型的詳 細(xì)描述中，本實(shí)用新型的上述和其他目的、特征和優(yōu)點(diǎn)將顯而易見。 圖1是本實(shí)用新型的實(shí)驗(yàn)裝置的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2是本實(shí)用新型實(shí)現(xiàn)控制的具體結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式
請參見附圖l所示，本實(shí)驗(yàn)裝置主要包括燃料電池堆11、金屬氫化物儲(chǔ)氫 單元12、燃料電池控制單元13、負(fù)載14、顯示單元15等部分組成。其中，金 屬氧化物儲(chǔ)氫單元12為燃料電池堆11供應(yīng)氫氣，燃料電池堆11的兩個(gè)輸出 端分別連接負(fù)載14和顯示單元15,控制單元13的兩個(gè)輸出端分別連接金屬氧 化物儲(chǔ)氫單元12和燃料電池堆11，以控制向電堆供氫。
其中，燃料電池發(fā)電系統(tǒng)控制單元13是整個(gè)實(shí)驗(yàn)裝置的核心部分，通過控 制燃料電池堆ll的溫度、氫氣壓力、空氣風(fēng)量和尾氣排放，實(shí)現(xiàn)燃料電池發(fā) 電系統(tǒng)的熱管理和水管理。針對(duì)不同負(fù)載14，可對(duì)恒電流、恒電壓、恒功率、 恒電阻等多種方式下的電堆特性進(jìn)行研究并繪制相應(yīng)的特性曲線。通過調(diào)整和 優(yōu)化控制變量，確定最優(yōu)操作條件，獲得最佳的系統(tǒng)輸出性能。針對(duì)不同類型 電堆，通過比較電堆特性曲線，評(píng)價(jià)電堆性能。圖2給出了燃料電池發(fā)電系統(tǒng)的熱管理和水管理的具體示意圖。 該燃料電池控制單元13由三個(gè)控制單元組成，第一控制單元131接受檢測
得到的燃料電池堆11的電壓信號(hào)，并根據(jù)電壓/空氣風(fēng)量實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表的關(guān)系，
由風(fēng)量/風(fēng)扇電壓計(jì)算公式得到第一風(fēng)扇161的電壓，第二控制單元132根據(jù) 電堆電堆電壓和尾氣排放頻率的關(guān)系，獲得電堆的尾氣排放頻率，并由此通過 電磁閥162控制電堆的工作濕度；第三控制單元133根據(jù)電壓檢測單元18獲 得的電堆電壓和溫度檢測單元17獲得的電堆實(shí)際溫度，獲得電堆工作設(shè)定溫 度，并通過第二風(fēng)扇163實(shí)現(xiàn)控制。
采用上述結(jié)構(gòu)，針對(duì)風(fēng)冷型燃料電池堆，通過調(diào)節(jié)風(fēng)扇電壓，改變風(fēng)扇轉(zhuǎn) 速，控制電堆溫度；針對(duì)水冷型燃料電池堆，通過調(diào)節(jié)循環(huán)水泵電壓，改變冷 卻水流量，控制電堆溫度，實(shí)現(xiàn)電堆的熱管理。設(shè)定電磁閥開閉周期和占空比， 調(diào)節(jié)尾氣排放量，控制電堆內(nèi)部濕度，實(shí)現(xiàn)電堆水管理。
此外，本裝置還提供燃料電池堆的特性研究，應(yīng)用所提供的線形負(fù)載(變 阻器)和燈泡負(fù)載，通過觀察顯示儀表，初步了解電堆的電流、電壓和功率特 性。利用所提供的電子負(fù)載，進(jìn)行恒電流、恒電壓、恒功率和恒電阻實(shí)驗(yàn)，繪 制不同負(fù)載變化下的K一/和尸一/曲線，研究電堆的輸出特性。
控制氫氣進(jìn)氣壓力；調(diào)節(jié)風(fēng)扇電壓或冷卻水流量，控制電堆溫度；調(diào)節(jié)尾 氣排放量?？刂齐姸褲穸?。通過比較不同功率變化下的F—/曲線，確定最優(yōu) 操作條件，獲得相同系列電堆的最佳系統(tǒng)輸出性能曲線。
在此基礎(chǔ)上，對(duì)于不同類型的燃料電池堆，在確定最優(yōu)操作條件基礎(chǔ)上， 比較最佳性能輸出曲線，劃分功率輸出段，分析計(jì)算極化壓降、歐姆壓降和濃 差壓降的形狀、斜率和變化幅值，確定各功率段性能曲線的陡降點(diǎn)。檢測各曲 線陡降點(diǎn)K-J值，利用所建立的電堆性能評(píng)價(jià)模型，評(píng)價(jià)電堆各功率段性能。
本實(shí)用新型將燃料電池的性能檢測、優(yōu)化控制和性能評(píng)價(jià)集成在一個(gè)科研 實(shí)驗(yàn)平臺(tái)中，具有功能強(qiáng)大、結(jié)構(gòu)簡單，人機(jī)界面友好，可擴(kuò)展性強(qiáng)等特點(diǎn)。 有助于研究人員開展實(shí)驗(yàn)，分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果，加深了解各控制變量對(duì)電堆性能的 影響。通過實(shí)驗(yàn)研究，評(píng)價(jià)各類型電堆特性，針對(duì)不同供電對(duì)象，給出配置電 堆的指導(dǎo)性建議。
本實(shí)用新型具有以下特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)第一，設(shè)計(jì)實(shí)用簡單、功能強(qiáng)大、具有
良好的可擴(kuò)展性。第二，提供基礎(chǔ)接口和多類負(fù)載，可針對(duì)不同種類質(zhì)子交換
膜燃料電池開展性能特性的檢測和控制研究。第三，提供友好的人機(jī)界面，便于研究人員設(shè)置控制參數(shù)監(jiān)控系統(tǒng)輸出性能。第四，具有防短路、防反接、防 過流等功能，提高裝置安全性，便于研究人員操作使用。第五，采用模塊化設(shè) 計(jì)，便于拆卸、裝配和擴(kuò)展。
本實(shí)用新型技術(shù)最根本部分是針對(duì)控制變量和電堆輸出性能之間相互影響 關(guān)系的研究，可以為下一步系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)、故障診斷和高級(jí)控制策略研究的提 供實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。從而，進(jìn)一步解決燃料電池發(fā)電實(shí)用技術(shù)的關(guān)鍵問題，開發(fā)出具 有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的燃料電池相關(guān)產(chǎn)品。同時(shí)，通過擴(kuò)展和充實(shí)本實(shí)用新型技術(shù)， 建立更為標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，可參與燃料電池行業(yè)、企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的制定。
以上諸實(shí)施例僅供說明本實(shí)用新型之用，而非對(duì)本實(shí)用新型的限制，有關(guān) 技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員，在不脫離本實(shí)用新型的精神和范圍的情況下，還可以作 出各種變換或變化，因此所有等同的技術(shù)方案也應(yīng)該屬于本實(shí)用新型的范疇?wèi)?yīng) 由各權(quán)利要求限定。
權(quán)利要求1、全檢測型燃料電池發(fā)電系統(tǒng)科研實(shí)驗(yàn)裝置，包括燃料電池堆、金屬氫化物儲(chǔ)氫單元、燃料電池控制單元、負(fù)載，其特征在于，所述金屬氧化物儲(chǔ)氫單元的輸出端連接所述燃料電池堆的輸入端，所述燃料電池堆的一輸出端分別連接負(fù)載，所述控制單元的兩輸出端分別連接金屬氧化物儲(chǔ)氫單元和燃料電池堆。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的全檢測型燃料電池發(fā)電系統(tǒng)科研實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于，所述裝置進(jìn)一步包括操作單元，設(shè)置在所述控制單元和所述燃料電池堆之間。
3、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的全檢測型燃料電池發(fā)電系統(tǒng)科研實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于，所述裝置進(jìn)一步包括溫度檢測單元，設(shè)置在所述控制單元和燃料電池堆之間，用于檢測所述電池堆的 溫度；電壓檢測單元，設(shè)置在所述控制單元和燃料電池堆之間，用于檢測所述電池堆的 電壓。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的全檢測型燃料電池發(fā)電系統(tǒng)科研實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于， 所述裝置進(jìn)一步包括顯示單元，設(shè)置在所述燃料電池堆的另一輸出端。
5、根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的全檢測型燃料電池發(fā)電系統(tǒng)科研實(shí)驗(yàn)裝置，其特 征在于，所述控制單元進(jìn)一步包括第一控制單元，第二控制單元，第三控制單元；所述操 作單元進(jìn)一步包括第一風(fēng)扇，電磁閥，第二風(fēng)扇，其中，所述第一控制單元的輸入端連接所述電壓檢測單元，其輸出端連接第一風(fēng)扇的輸 入端，為所述第一風(fēng)扇提供電壓，所述第二控制單元的輸入端連接所述電壓檢測單元， 輸出端連接所述電磁閥，為所述燃料電池堆提供工作濕度，所述第三控制單元的輸入端連接所述溫度檢測單元和所述電壓檢測單元，其輸出端連接第二風(fēng)扇的輸入端。
專利摘要本實(shí)用新型公開了全檢測型燃料電池發(fā)電系統(tǒng)科研實(shí)驗(yàn)裝置，包括燃料電池堆、金屬氫化物儲(chǔ)氫單元、燃料電池控制單元、負(fù)載，其特征在于，所述金屬氧化物儲(chǔ)氫單元的輸出端連接所述燃料電池堆的輸入端，所述燃料電池堆的一輸出端分別連接負(fù)載，所述控制單元的兩輸出端分別連接金屬氧化物儲(chǔ)氫單元和燃料電池堆。具有功能強(qiáng)大、結(jié)構(gòu)簡單，人機(jī)界面友好，可擴(kuò)展性強(qiáng)等特點(diǎn)。有助于研究人員開展實(shí)驗(yàn)，分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果，加深了解各控制變量對(duì)電堆性能的影響。
文檔編號(hào)G01R31/36GK201233436SQ20082006030
公開日2009年5月6日 申請日期2008年6月25日 優(yōu)先權(quán)日2008年6月25日
發(fā)明者東 衛(wèi), 許春山, 陳海榮 申請人:上海寰晟新能源科技有限公司