專利名稱:一種燃料電池測(cè)試系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本實(shí)用新型涉及一種測(cè)試系統(tǒng),尤其涉及一種燃料電池測(cè)試系統(tǒng)。
背景技術(shù):
燃料電池(Fuel Cell,簡(jiǎn)稱FC)是一種不經(jīng)過燃燒,通過電化學(xué)反應(yīng)連續(xù)地把燃料和氧 化劑中的化學(xué)能直接轉(zhuǎn)換成電能的發(fā)電裝置,具有高效、清潔、低噪音及比功率高等優(yōu)點(diǎn)。 在當(dāng)今一次性能源日趨枯竭、環(huán)境污染日趨嚴(yán)重的情況下,受到了越來越廣泛的關(guān)注。迄今 為止,已開發(fā)出多種類型的燃料電池,如堿性燃料電池、磷酸型燃料電池、質(zhì)子交換膜燃料 電池、直接甲醇燃料電池、熔融碳酸鹽燃料電池和固體氧化物燃料電池等。其中,質(zhì)子交換 膜燃料電池和其他類型的燃料電池相比,具有啟動(dòng)快、功率密度高、高能量轉(zhuǎn)換效率、低溫 啟動(dòng)、環(huán)境友好等優(yōu)點(diǎn),無論在軍用、還是民用領(lǐng)域,作為小型電站、儀器儀表電源,特別 是作為交通工具動(dòng)力源都有著廣泛的應(yīng)用前景,被認(rèn)為是最有商業(yè)應(yīng)用前景的一種燃料電池
燃料電池是一個(gè)非常復(fù)雜的物理化學(xué)過程,其輸出性能受不同工況參數(shù)與外界環(huán)境的影 響。 一套完整的測(cè)試系統(tǒng)配合一定的測(cè)試程序可針對(duì)每一個(gè)相關(guān)工況參數(shù)進(jìn)行測(cè)量,對(duì)有些 參數(shù)加以控制,這樣才能夠確定影響燃料電池性能的原因,找到電堆運(yùn)行和控制的方法。一 個(gè)完備的燃料電池測(cè)試系統(tǒng)不僅在研發(fā)階段十分重要,即使在其投入生產(chǎn)之后,對(duì)于燃料電 池產(chǎn)品的優(yōu)劣和安全性的評(píng)價(jià)也起到至關(guān)重要的作用。
發(fā)明內(nèi)容
本實(shí)用新型針對(duì)燃料電池的測(cè)試過程,提供一種用于給單片燃料電池和小型電堆進(jìn)行性 能測(cè)試的系統(tǒng)。本實(shí)用新型具有較大靈活性,可根據(jù)實(shí)驗(yàn)要求隨時(shí)調(diào)整工況,控制多種運(yùn)行 參數(shù),控制精度高,測(cè)量結(jié)果精確,測(cè)量范圍大,操作簡(jiǎn)單、安全可靠、可滿足單片燃料電 池和小型電堆進(jìn)行性能測(cè)試的需要。
為實(shí)現(xiàn)上述目的,本實(shí)用新型提供一種燃料電池測(cè)試系統(tǒng),其采用下述技術(shù)方案
一種燃料電池測(cè)試系統(tǒng),包括電堆、陽(yáng)極供氣及排放單元、陰極供氣及排放單元、冷卻 單元以及外電路負(fù)載單元;其中,
所述的冷卻單元與電堆相連,采用循環(huán)冷卻方式,其包括儲(chǔ)水箱,所述儲(chǔ)水箱的一端與 磁力驅(qū)動(dòng)泵相連,另一端與恒溫混水閥的出口相連,所述的磁力驅(qū)動(dòng)泵通過液體流量計(jì)與電堆相連,所述的恒溫混水閥的進(jìn)口分別與三通以及換熱器相連,所述三通的另外兩端分別與 所述的換熱器以及電堆相連;所述的儲(chǔ)水箱內(nèi)設(shè)有加熱元件,由溫度控制器控制。
所述的三通與電堆之間以及恒溫混水閥與儲(chǔ)水箱之間設(shè)有溫度傳感器。
所述的換熱器上設(shè)有散熱風(fēng)機(jī),通過它對(duì)冷卻水進(jìn)行降溫。
所述的陽(yáng)極供氣及排放單元以及陰極供氣及排放單元分別與電堆的陽(yáng)極進(jìn)出口以及陰極 進(jìn)出口相連,其包括氣體進(jìn)口,通過三通閥與氣體過濾器以及質(zhì)量流量控制器相連接,所述 的質(zhì)量流量控制器的出口端通過三通閥與加濕裝置相連接,所述加濕裝置的另一端與電堆進(jìn) 口處相連接,在所述的電堆出口處還設(shè)有氣液分離器和背壓調(diào)節(jié)閥。
所述的陽(yáng)極供氣及排放單元通過三通閥同時(shí)連接氫氣和氮?dú)鈨陕窔庠?,通過操作三通閥 可方便進(jìn)行輸氣調(diào)整。
所述的陰極供氣及排放單元通過三通閥同時(shí)連接氧氣和空氣兩路氣源,通過操作三通閥 可方便進(jìn)行輸氣調(diào)整。
所述的加濕裝置可以是加濕罐或加濕堆,其中,所述的加濕罐采用鼓泡加濕法,其上設(shè) 有加熱圈,所述的加濕堆采用膜加濕法;所述的三通閥用于在二者之間進(jìn)行切換,以便于選 擇所需的加濕方式。
當(dāng)所述的加濕方式選擇膜加濕法時(shí),所述的液體流量計(jì)與加濕堆連接,并通過加濕堆與 電堆連接。
當(dāng)所述的加濕方式選擇鼓泡加濕法時(shí),在所述的加濕罐出口設(shè)有溫度傳感器。 質(zhì)子交換膜燃料電池的最佳工作溫度是6(TC 8(rC。在電池運(yùn)行過程中,要對(duì)電池運(yùn)行 溫度進(jìn)行控制,主要通過溫度控制器、恒溫混水閥對(duì)流經(jīng)燃料電池的冷卻水溫度控制來達(dá)到 對(duì)電池自身溫度的控制,保證電池的運(yùn)行溫度。冷卻水在儲(chǔ)水箱加熱到設(shè)定溫度,儲(chǔ)水箱采 用內(nèi)置加熱元件,同時(shí)外覆保溫層的方式,采用溫度控制器進(jìn)行控溫。同時(shí)為了保證進(jìn)入電 堆的冷卻水溫度恒定,還在冷卻單元中放置了恒溫混水閥。同時(shí),為了保證反應(yīng)氣體在進(jìn)入 電池之前達(dá)到一定的溫度和濕度,還要對(duì)反應(yīng)氣體進(jìn)行加熱加濕處理。本測(cè)試系統(tǒng)分別采用 鼓泡加濕法和膜加濕法,鼓泡加濕法通過調(diào)節(jié)加濕罐的水溫、液面高度來改變氣體加濕量的 大小,膜加濕法通過調(diào)整水溫、加濕板數(shù)量和水壓來改變氣體的濕量大小,拆裝十分方便。 加濕罐分別外覆電加熱圈,同時(shí)在加熱圈外覆保溫層,采用溫度控制器進(jìn)行控溫,測(cè)溫點(diǎn)布 置在加濕罐的出口處。
所述的質(zhì)量流量控制器按照不同的量程并聯(lián)使用,可通過操作不同支路的截止閥來選擇 合適量程的質(zhì)量流量控制器,從而選擇合適的流量范圍進(jìn)行工作,以確保其量程范圍既滿足單片質(zhì)子交換膜燃料電池與小型電池堆的需要,又具有較高的控制與測(cè)量精度。
所述電堆的進(jìn)口和出口之間設(shè)有差壓變送器,通過壓力表和差壓變送器的實(shí)測(cè)值就可以 確定氣體進(jìn)堆的壓力和電堆陰陽(yáng)極的壓差;且所述的電堆上設(shè)有溫度傳感器,用于監(jiān)測(cè)電堆 的溫度變化。
外電路負(fù)載系統(tǒng)可根據(jù)事先設(shè)定的測(cè)試程序調(diào)節(jié)電堆的輸出電參數(shù),并可對(duì)電堆進(jìn)行定 電流、定電壓、定電阻等模式的工作。
本實(shí)用新型的燃料測(cè)試系統(tǒng),其陽(yáng)極供氣及排放單元與電堆陽(yáng)極進(jìn)出口相連,為電堆提 供所需流量、壓力、溫度、濕度的燃料氣體;陰極供氣及排放單元與電堆陰極進(jìn)出口相連, 為電堆提供所需流量、壓力、溫度、濕度的氧化劑氣體;冷卻單元直接與電堆相連,采用冷 卻水循環(huán)排熱帶走電堆產(chǎn)生的熱量,并通過風(fēng)冷方式將通過換熱器的冷卻水中大部分的熱量 帶走,利用恒溫混水閥保證冷卻水進(jìn)入電堆時(shí)溫度的恒定;加熱元件及溫度控制器主要對(duì)流 經(jīng)燃料電池的冷卻水溫度與進(jìn)入電堆的燃料和氧化劑氣體的加熱加濕溫度進(jìn)行控制和監(jiān)測(cè)。 本實(shí)用新型主要用于給單片燃料電池和小型電堆進(jìn)行性能測(cè)試,具有工況可隨時(shí)調(diào)整,控制 精度高,測(cè)量結(jié)果精確,測(cè)量范圍大,操作簡(jiǎn)單、安全可靠等優(yōu)點(diǎn)。
圖l為本實(shí)用新型的燃料電池測(cè)試系統(tǒng)示意圖。
具體實(shí)施方式
為了進(jìn)一步描述本實(shí)用新型的技術(shù)內(nèi)容、特點(diǎn)及功效,
以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本實(shí)用 新型作詳細(xì)說明。
參照附圖l, 一種燃料電池測(cè)試系統(tǒng)由電堆、陽(yáng)極供氣及排放單元、陰極供氣及排放單 元、冷卻單元及外電路負(fù)載單元組成。
所述的陽(yáng)極供氣及排放單元與電堆23的陽(yáng)極進(jìn)出口相連,其包括氫氣進(jìn)口和氮?dú)膺M(jìn)口 , 通過三通閥4與氣體過濾器6以及質(zhì)量流量控制器7相連接,所述的質(zhì)量流量控制器7的出口端 通過三通閥9與加濕裝置相連接,所述加濕裝置的另一端與電堆進(jìn)口處相連接,在所述的電 堆出口處還設(shè)有氣液分離器19和背壓調(diào)節(jié)閥18。所述的電堆上設(shè)有溫度傳感器21,所述電堆 的陽(yáng)極進(jìn)出口之間設(shè)有差壓變送器16以及截止閥15,在所述的減壓閥2與三通閥4之間以及電 堆陽(yáng)極出口處設(shè)有壓力表3、 20。
所述的加濕裝置可以是加濕罐10或加濕堆44,其中,所述的加濕罐采用鼓泡加濕法,其 上設(shè)有加熱圈ll,所述的加濕堆采用膜加濕法;所述的三通閥9用于在二者之間進(jìn)行切換, 以便于選擇所需的加濕方式。
6測(cè)試過程中,來自氫氣瓶的氫氣經(jīng)截止閥1和減壓閥2后進(jìn)入質(zhì)量流量控制器7,質(zhì)量流 量控制器7按照不同的量程并聯(lián)使用,使用過程中,可通過操作不同支路的截止閥5來選擇合 適量程的質(zhì)量流量控制器進(jìn)行工作。為避免氣路中灰塵或細(xì)小顆粒對(duì)質(zhì)量流量控制器與電堆 正常工作的影響,在每臺(tái)質(zhì)量流量控制器的入口端安裝了氣體過濾器6,同時(shí)為防止電堆的 壓力高于入口壓力這種意外情況發(fā)生,在每臺(tái)質(zhì)量流量控制器的出口端安裝有氣體單向閥8 。氫氣經(jīng)過質(zhì)量流量控制器7、單向閥8進(jìn)入到加濕裝置,通過溫度控制器12進(jìn)行控溫,當(dāng)加 濕加熱到設(shè)定溫度后,通過單向閥13以及三通14后進(jìn)入電堆23的陽(yáng)極側(cè),然后在陽(yáng)極發(fā)生電 化學(xué)反應(yīng)后,未反應(yīng)的氣體和水離開電堆進(jìn)入氣液分離器19,分離出的氣體經(jīng)背壓調(diào)節(jié)閥 18排出,分離出的液體經(jīng)底部的排水閥17排出。同時(shí),為了方便管路吹掃,在陽(yáng)極氣路加入 氮?dú)廨敋夤苈罚ㄟ^三通換向閥4來控制是否吹掃。
如圖1所示,所述的陰極供氣及排放單元與電堆23的陰極進(jìn)出口相連,其包括氧氣進(jìn)口 和空氣進(jìn)口,通過三通閥40與氣體過濾器38以及質(zhì)量流量控制器37相連接,所述的質(zhì)量流量 控制器37的出口端通過三通閥35與加濕裝置相連接,所述加濕裝置的另一端與電堆進(jìn)口處相 連接,在所述的電堆出口處還設(shè)有氣液分離器25和背壓調(diào)節(jié)閥26。所述電堆的陰極進(jìn)出口之 間設(shè)有差壓變送器28以及截止閥29,在所述的減壓閥42與三通閥40之間以及電堆陰極出口處 設(shè)有壓力表41、 24。
所述的加濕裝置可以是加濕罐33或加濕堆44,其中,所述的加濕罐33采用鼓泡加濕法, 其上設(shè)有加熱圈34,所述的加濕堆44采用膜加濕法;所述的三通閥35用于在二者之間進(jìn)行切 換,以便于選擇所需的加濕方式。
陰極的氧化劑可以是氧氣或空氣,因此陰極供氣單元分別來自氧氣瓶的高純氧氣以及空 壓機(jī)提供的空氣,測(cè)試過程中可以通過三通換向閥40來控制此次測(cè)試過程是采用高純氧氣還 是采用空氣。選擇一種氣體將其支路打開,氣體經(jīng)截止閥43和減壓閥42后進(jìn)入質(zhì)量流量控制 器37,質(zhì)量流量控制器37按照不同的量程并聯(lián)使用,可通過操作不同支路的截止閥39來選擇 合適量程的質(zhì)量流量控制器進(jìn)行工作。在每臺(tái)質(zhì)量流量控制器的入口端與出口端分別安裝了 氣體過濾器38與氣體單向閥36。氧化劑經(jīng)過質(zhì)量流量控制器37、單向閥36進(jìn)入加濕裝置,通 過溫度控制器32進(jìn)行控溫,經(jīng)過加濕加熱到設(shè)定溫度后,進(jìn)入電堆23陰極側(cè),然后在陰極發(fā) 生電化學(xué)反應(yīng)后,反應(yīng)生成物水及未反應(yīng)的氣體離開電堆進(jìn)入氣液分離器25,分離出的氣體 經(jīng)背壓調(diào)節(jié)閥26排出,分離出的液體經(jīng)底部的排水閥27排出。陰極供氣管路內(nèi)的吹掃,可用 空氣來完成。
測(cè)試過程中,單片燃料電池和小型電堆采用冷卻水循環(huán)排熱,冷卻水采用去離子水。冷卻單元如圖l所示,所述的冷卻單元與電堆23相連,采用循環(huán)冷卻方式,其包括儲(chǔ)水箱54, 所述儲(chǔ)水箱54的一端與磁力驅(qū)動(dòng)泵56相連,另一端與恒溫混水閥51相連,所述的磁力驅(qū)動(dòng)泵 56通過液體流量計(jì)57與電堆23相連,其通過變頻器可調(diào)整冷卻水流量,所述的恒溫混水閥 51通過單向閥49、 50分別與三通46以及換熱器47相連,所述三通46的另外兩端分別與所述的 換熱器47以及電堆23相連;所述的儲(chǔ)水箱54內(nèi)設(shè)有加熱元件55,由溫度控制器53控制,所述 的三通46與電堆23之間以及恒溫混水閥51與儲(chǔ)水箱54之間設(shè)有溫度傳感器45、 52,所述的換 熱器47上設(shè)有散熱風(fēng)機(jī)48。
測(cè)試時(shí),冷卻水在儲(chǔ)水箱54內(nèi)由加熱元件55加熱到設(shè)定溫度,加熱元件55由溫度控制器 53控制。冷卻水由磁力驅(qū)動(dòng)泵56抽出,經(jīng)過液體流量計(jì)57,輸送至燃料電池堆23。冷卻水流 量可通過操作變頻器來改變磁力驅(qū)動(dòng)泵56的泵水量,冷卻水流量可通過液體流量計(jì)57來獲得 。如果采用加濕堆加濕,則冷卻水先經(jīng)過加濕堆44再進(jìn)入電堆23。冷卻水吸收電堆產(chǎn)生的大 部分熱量后流出電堆。在進(jìn)入儲(chǔ)水箱54之前先進(jìn)入兩條支路,其中一條支路中連接換熱器 47,換熱器通過散熱風(fēng)機(jī)48為冷卻水降溫,然后通過單向閥49進(jìn)入恒溫混水閥51的冷水端入 口 ,另 一路不經(jīng)過冷卻直接通過單向閥50進(jìn)入恒溫混水閥51的熱水端入口 。恒溫混水閥51根 據(jù)設(shè)定溫度自動(dòng)控制主路與旁路的流量,使冷卻水在恒溫控制閥51的內(nèi)部混合點(diǎn)處可以恢復(fù) 到電堆入口時(shí)溫度,然后從恒溫混水閥51的出水口流出,重新回到儲(chǔ)水箱54內(nèi)。
權(quán)利要求權(quán)利要求1一種燃料電池測(cè)試系統(tǒng),包括電堆、陽(yáng)極供氣及排放單元、陰極供氣及排放單元、冷卻單元以及外電路負(fù)載單元,其特征在于所述的冷卻單元采用循環(huán)冷卻方式,其包括儲(chǔ)水箱,所述儲(chǔ)水箱的一端與磁力驅(qū)動(dòng)泵相連,另一端與恒溫混水閥的出口相連,所述的磁力驅(qū)動(dòng)泵通過液體流量計(jì)與電堆相連,所述的恒溫混水閥的進(jìn)口分別與三通以及換熱器相連,所述三通的另外兩端分別與所述的換熱器以及電堆相連;所述的儲(chǔ)水箱內(nèi)設(shè)有加熱元件,由溫度控制器控制。
2 根據(jù)權(quán)利要求l所述的燃料電池測(cè)試系統(tǒng),其特征在于所述的三通 與電堆之間以及恒溫混水閥與儲(chǔ)水箱之間設(shè)有溫度傳感器。
3 根據(jù)權(quán)利要求l所述的燃料電池測(cè)試系統(tǒng),其特征在于所述的換熱 器上設(shè)有散熱風(fēng)機(jī)。
4 權(quán)利要求l所述的燃料電池測(cè)試系統(tǒng),其特征在于所述的陽(yáng)極 供氣及排放單元以及陰極供氣及排放單元分別與電堆的陽(yáng)極進(jìn)出口以及陰極進(jìn)出口相連,其 包括氣體進(jìn)口,通過三通閥與氣體過濾器以及質(zhì)量流量控制器相連接,所述的質(zhì)量流量控制 器的出口端通過三通閥與加濕裝置相連接,所述加濕裝置的另一端與電堆進(jìn)口處相連接,在 所述的電堆出口處還設(shè)有氣液分離器和背壓調(diào)節(jié)閥。
5 權(quán)利要求4所述的燃料電池測(cè)試系統(tǒng),其特征在于所述的陽(yáng)極 供氣及排放單元通過三通閥同時(shí)連接氫氣和氮?dú)鈨陕窔庠?,所述的陰極供氣及排放單元通過 三通閥同時(shí)連接氧氣和空氣兩路氣源。
6 權(quán)利要求4所述的燃料電池測(cè)試系統(tǒng),其特征在于所述的加濕 裝置是加濕罐或加濕堆,其中,所述的加濕罐采用鼓泡加濕法,其上設(shè)有加熱圈,所述的加 濕堆采用膜加濕法;所述的三通閥用于在二者之間進(jìn)行切換。
7 權(quán)利要求6所述的燃料電池測(cè)試系統(tǒng),其特征在于當(dāng)所述的加 濕方式為膜加濕法時(shí),所述的液體流量計(jì)與加濕堆連接,并通過加濕堆與電堆連接。
8 權(quán)利要求6所述的燃料電池測(cè)試系統(tǒng),其特征在于當(dāng)所述的加濕方式為鼓泡加濕法時(shí),在所述的加濕罐出口設(shè)有溫度傳感器。
9 根據(jù)權(quán)利要求4所述的燃料電池測(cè)試系統(tǒng),其特征在于所述的質(zhì)量 流量控制器并聯(lián)使用。
10 根據(jù)權(quán)利要求4所述的燃料電池測(cè)試系統(tǒng),其特征在于所述電堆 的進(jìn)口和出口之間設(shè)有差壓變送器,且所述的電堆上設(shè)有溫度傳感器。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種燃料電池測(cè)試系統(tǒng),包括電堆、陽(yáng)極供氣及排放單元、陰極供氣及排放單元、冷卻單元以及外電路負(fù)載單元。本實(shí)用新型具有較大靈活性,可根據(jù)實(shí)驗(yàn)要求隨時(shí)調(diào)整工況,控制多種運(yùn)行參數(shù),控制精度高,測(cè)量結(jié)果精確,測(cè)量范圍大,操作簡(jiǎn)單、安全可靠、可滿足單片燃料電池和小型電堆進(jìn)行性能測(cè)試的需要。
文檔編號(hào)G01R31/36GK201237636SQ200820301249
公開日2009年5月13日 申請(qǐng)日期2008年6月23日 優(yōu)先權(quán)日2008年6月23日
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