专利名称：中小功率质子交换膜燃料电池测试系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及到一种燃料电池测试系统，尤其涉及一种中小功率质子交换膜燃料电池测试系统。
背景技术：
随着不可再生资源频频告急，越来越多的国家提出“绿色能源新计划”，寻求能源新动力。燃料电池与传统能源相比，具有极高的能量装换效率，可从其他再生资源中提取氢，使用无污染等特点。为此，全世界许多国家投入大量的人力和财力去开发研究。燃料电池一般分为碱性燃料电池，磷酸燃料电池，熔融碳酸盐燃料电池，固体氧化物燃料电池，质子交换膜燃料电池及直接甲醇燃料电池等。其中质子交换膜燃料电池属于低温燃料电池，近年发展迅速。质子交换膜燃料电池是以全氟磺酸型离子交换膜为电解质， 以Pt/c为电催化剂，氢气或重整气为燃料，空气或氧气为氧化剂，将化学能直接转为电能的装置。工作时向阳极供给燃料，向阴极供给氧化剂。氢在阳极分解成正离子H+和电子e_。 氢离子穿过质子交换膜进入阴极中，而电子则沿外部电路移向阴极。用电的负载就接在外部电路中。在阴极上，空气中的氧同电解液中的氢离子吸收电子形成水。这正是水的电解反应的逆过程。利用这个原理，燃料电池便可在工作时源源不断地向外部输电，所以也可称它为一种〃发电机〃。因为燃料电池本身是一个非常复杂的物理化学过程，其输入输出也是不同类型的物理量，所以燃料的物理状态温度，湿度，纯度，压力等，电气负载，热负荷以及周围环境的条件都会影响燃料电池的工作状态。因此一个实用的燃料电池，必须具备精确检测和控制这些物理量的性能。即燃料电池系统是研究生产氢能源-燃料电池的必备设备，能方便获得燃料电池理化性能和产品参数。而现有的测试系统存在可调节的参数少，成本高，安全性差等问题。
发明内容
本发明针对目前技术存在的不足和缺陷，提供一种用于给中小型功率质子交换膜燃料电池进行测试的系统。本发明具有较大的灵活性，可根据实验要求控制多种运行参数， 测量结果准确，操作简单，安全可靠，可满足中小型功率质子交换膜燃料电池性能测试的需要。为实现上述目的，本发明提供一种中小功率燃料电池测试系统，其采用如下设计
方案—种质子交换膜燃料电池测试系统，包括系统控制�？椋缍炎榧？椋艏骞┯δ？椋跫骞┯δ？椋芾砟？椋缌鞑杉？椋菁嗖饽？�。该系统首先由阴极气体供应模块通过水管理�？榻性鍪砗螅胙艏骞┯δ？榉直鹣虻缍炎榧？楣┯ζ澹低晨刂颇？椤⒌缌鞑杉？�、数据检测�？榉直鸲孕枰馐缘娜剂系绯氐缍呀姓宓氖凳奔嗫兀ǖ缌鳌⒌テ缪购妥艿缪梗从ζ宓奈露龋龋沽σ约扒馄财穆龀迨头�、散热风扇的开启和关闭等；以及测试过程中对各种性能参数的数据采集。其中所述的系统控制�？楦萑剂系绯氐脑诵刑跫凑粘绦蛏瓒ǖ哪Ｊ阶芴蹇刂撇馐陨璞傅母髦肿刺�。其包含有燃料电池电堆温度的控制装置和温度探头，实时感应被测电堆的实体温度情况，并将探测到的温度信号转化为电信号反馈回系统控制�？椋芟低郴岣莸玫降姆蠢⌒藕藕拖低成瓒ǖ奈露壬舷拗担蛉剂系绯氐缍焉⑷扔梅缟鹊目刂谱爸孟麓镏噶睿米爸没岣莸缍训氖凳蔽露瓤刂粕⑷确缟鹊目艉凸乇找约暗鹘谄淇舳龋迪终逑低车纳⑷瓤刂�。该系统还包括燃料电池氢气尾气脉冲释放的控制装置，根据系统程序设定情况控制氢气尾气脉冲释放，还可根据需要设定脉冲释放的时间。还包括后台程序运行和计算机联网监控装置，对整体测试系统设定运行程序，并将所有数据存档于数据库中以备研究使用。其中所述的电堆组件�？榘ㄖ首咏换荒と剂系绯兀剂系绯刂С抛爸茫缍延胫С盘ㄖ浞胖霉┑缍言诵泄讨猩⑷鹊姆缟�。该风扇与燃料电池电堆之间要进行严格的密封，保证风扇的散热效率，其所用风扇的规格型号需根据燃料电池功率的大小进行选择。 此模块还包括阴极、阳极气体进出的气体通路接口，燃料电池电堆测温点等，与其他�？榻邢谓幼楹�。所述的阳极气体供应�？榘星馄跹狗В馄恿髁考疲逖沽觳庖牵� 热电偶测温仪，手动放氢阀，电磁阀，氢气尾气积水装置以及氮气吹扫支路，氮气吹扫支路通过三通接头与氢气供应管路连接。接收系统控制�？橄麓锏氖菪藕牛ü绱欧Э刂魄馄墓┯ρ沽土髁浚Ｖげ馐怨讨兴璧那馄┯Γ⒃诮油ㄇ馄跋瓤舻瞪ㄖ方衅纺诘钠宕瞪ǎＶす┯ζ宓拇慷忍岣甙踩凳�。所述的阴极气体供应�？榘锌掌跹狗В掌恿髁考疲逶鍪鳎逖沽觳庖牵鹊缗疾馕乱且约把跗┯χ罚跗┯χ吠üń油酚肟掌┯苈妨印Ｍ莩绦蛏瓒ㄇ榭鼋邮障低晨刂颇？橄麓锏氖菪藕牛ü绱欧Э刂瓶掌墓┯ρ沽土髁浚Ｖげ馐怨讨兴璧目掌┯�。如测试过程中需要使用氧气，则可以通过氧气供应支路来进行供应。所述的水管理�？榘兴蓿ぴ鍪鳎帕λ�。水罐采用透明材质做成，方便观察水位高度，水罐上设有加热棒，测温热电偶，补水口。首先利用加热棒将水罐中的水加热至所需的温度，利用磁力水泵将水泵入到膜增湿器中，另一方面将需要增湿的气体通入膜增湿器进行气液的增湿交换，出口气体便可以通入电堆组件�？�。所述的电流采集�？榘剂系绯刈ㄓ玫缱痈涸兀糜诓杉剂系绯卦诵泄讨胁牡缌髑榭觯ㄓ玫缱痈涸氐氖莶杉吡釉诘缍训募绨迳希菪枰ü低晨刂颇？槎缘缱痈涸厣瓒ㄔ诵兄担獾娜剂系绯氐缍烟峁┰诵懈涸兀⒔占降牡缌髦底魑藕欧蠢「艿南低晨刂颇？�。此外所述的数据监测�？榘械テ缪�、总电压以及各种物理参数的采集装置，可以对整个测试系统的每一个�？榻懈髦质莶杉ㄇ馄⒖掌隹诘难沽Γ� 温度，湿度，以及燃料电池电堆运行过程中的温度，输出电流，输出电压等数据，并通过电子信号的形式反馈给系统控制�？椋勺艿南低辰惺凳奔嗫赜胧莸脑怂�。
附图是中小功率质子交换膜燃料电池测试系统结构框中，1-球阀，2-空气减压阀，3-空气转子流量计，4-压力检测仪与测温热电偶， 5-氢气转子流量计，6-氢气减压阀，7-控制装置，8-氢气手动放空球阀，9-电磁阀，10-氢气尾气积水装置，11-水罐，12-磁力水泵，13-散热风扇，14-温度探头，15-加热棒，16-测温热电偶。
具体实施例方式结合附图对本发明进行详细说明。实施例1参见附图，首先所有的设备通电启动，通过系统控制�？樯瓒ㄈ剂系绯氐脑诵刑跫嘀仆暾脑诵谐绦颍鞲瞿？椴捎媒邮苁中藕诺男问娇刂频缱釉骷ぷ�。其中所述阴极气体供应�？椋浒ǹ掌诤脱跗┯χ罚也捎貌⒘绞剑榛钛≡窆┯ζ宓睦嘈�。可根据需要通过开关球阀控制通入气体的类型，通过三通接头将气体供应管路连接入空气减压阀2，再经过空气转子流量计3通过不同要求来控制通入气体的具体流量。 为了保证反应的气体保持一定的湿度，气体需进行增湿处理。通过所述的水管理�？椋山兴璧钠逶鍪�。其通过加热棒15对玻璃水罐11中注入的水进行加热，通过测温热电偶16来监控水温，调节在55°C左右，通过磁力水泵12将水罐11中的水泵入膜增湿器中，剩余的水直接流回水罐11，形成循环回路。需要增湿的气体通入膜增湿器的入口，经过增湿后从出口通向电堆的阴极气体入口进入电堆。水罐11中的水位会随着循环逐渐降低，可以通过补水口向其中补充纯净水。另一方面阳极供应气体�？椋浒ㄇ馄诤偷瞪ㄖ罚捎貌⒘绞酵ü蚍Э刂破澹⑼üń油酚肫骞┯苈妨樱ㄈ肭馄跋瓤舻瞪ㄖ方衅纺诘钠宕瞪ǎＶす┯ζ宓拇慷忍岣甙踩凳�。经过氢气减压阀6后经氢气流量计5，再通过压力检测仪与测温热电偶4后通向电堆阳极气体入口直接进入电堆。经过测控温度和压力的两种气体进入被测试的燃料电池电堆中，一方面电流的收集通过电流采集�？橥瓿桑缱痈涸亓釉诘缍训募绨迳希ü扑慊氖菁嗫啬？槔醇嗫馗髦植问５备缍岩欢ǖ母涸兀缍芽脊ぷ鳎杉剂系绯氐缍训牡テ缪辜白苎菇弥徊馐缘缍训脑诵泄β省Ａ硪环矫嬗煽刂谱爸�7中的温度探头14检测电堆的温度，并反馈给控制装置7，以便其根据温度控制散热风扇13的开启度对燃料电池电堆进行散热，控制装置7还根据电堆的功率大小及其运行情况控制氢气尾气脉冲释放的时间。从燃料电池电堆气体出口排出的氢气经过压力检测仪与测温热电偶后，分两条通路，一路经过电磁阀9及氢气尾气积水装置10，用来控制尾气脉冲释放并收集燃料电池电堆工作中产生并随尾气排放出的水，随后通过管路排放入大气。另一路通过氢气手动放空球阀8直接排入室外大气，特殊情况下可以人为的控制氢气尾气排放的时间与速度，操作简单方便。从燃料电池电堆气体出口排出的空气或氧气经过压力检测仪与测温热电偶后， 直接排入大气。
测试结束后关闭气源，各设备断电停机，将数据监控�？楸４娴母髦植问汲龃娴狄员负笥�。
权利要求
1.一种质子交换膜燃料电池测试系统，包括系统控制�？椋缍炎榧？椋艏骞┯δ？椋跫骞┯δ？椋芾砟？椋缌鞑杉？椋菁嗖饽？�。
2.根据权利要求1所述的质子交换膜燃料电池测试系统，其特征在于所述的电堆组件�？榘ㄖ首咏换荒と剂系绯兀剂系绯刂С抛爸茫缍延胫С盘ㄖ浞胖霉┑缍焉⑷鹊姆缟龋萑剂系绯毓β实拇笮±囱≡穹缟刃秃牛缟扔氲缍阎湟细衩芊�。
3.根据权利要求1所述的质子交换膜燃料电池测试系统，其特征在于所述的阳极气体供应模块包含有氮气吹扫支路，氮气吹扫支路通过三通接头与氢气供应管路连接。
4.根据权利要求1所述的质子交换膜燃料电池测试系统，其特征在于所述的阳极气体供应模块包含有氢气减压阀，氢气转子流量计，气体压力检测仪，热电偶测温仪，手动放氢阀，电磁阀，氢气尾气积水装置。
5.根据权利要求1所述的质子交换膜燃料电池测试系统，其特征在于所述的阴极气体供应�？榘醒跗┯χ罚跗┯χ吠üń油酚肟掌┯苈妨�。
6.根据权利要求1所述的质子交换膜燃料电池测试系统，其特征在于所述的阴极气体供应�？榘锌掌跹狗В掌恿髁考疲逶鍪鳎逖沽觳庖牵鹊缗疾馕乱恰�
7.根据权利要求1所述的质子交换膜燃料电池测试系统，其特征在于所述的水管理�？榘兴蓿ぴ鍪鳎帕λ谩Ｋ薏捎猛该鞑闹首龀桑奖愎鄄焖桓叨龋奚仙栌屑尤劝簦馕氯鹊缗迹顾�。磁力水泵将水罐中的水送入到膜增湿器中，膜增湿器中进行气液的交换。
8.根据权利要求1所述的质子交换膜燃料电池测试系统，其特征在于所述的系统控制�？榘形露忍酵罚剂系绯氐缍焉⑷扔梅缟鹊目刂疲剂系绯氐缍盐露鹊目刂疲剂系绯厍馄财龀迨头攀奔涞目刂啤Ｍü露忍酵凡獾玫缍盐露群蠓蠢「刂葡低常儆煽刂葡低忱纯刂粕⑷扔梅缟鹊目艉凸乇�。
9.根据权利要求1所述的质子交换膜燃料电池测试系统，其特征在于所述的电流采集�？榘剂系绯刈ㄓ玫缱痈涸�。电子负载连接在电堆的集电板上，用来收集电流。
10.根据权利要求1所述的质子交换膜燃料电池测试系统，其特征在于所述的数据的监测�？榘テ缪�、总电压以及各种物理参数的采集装置，包括进出口反应气体的压力，温度，湿度，以及燃料电池电堆运行过程中的温度，输出电流，输出电压等数据，计算机联网实时监控。
全文摘要
本发明公开了一种中小功率质子交换膜燃料电池测试系统，该系统由以下七个子系统组成系统控制�？椋缍炎榧？椋艏骞┯δ？椋跫骞┯δ？椋芾砟？椋缌鞑杉？椋菁嗖饽？�。阴极气体供应模块通过水管理模块进行增湿处理后，与阳极气体供应�？榉直鹣虻缍炎榧？楣┯ζ澹低晨刂颇？椤⒌缌鞑杉？�、数据检测�？榉直鸲孕枰馐缘娜剂系绯氐缍呀姓宓氖凳奔嗫睾透鞑问氖莶杉�。本发明具有操作简便，灵活，测量结果准确，安全可靠等特点。
文档编号G01R31/36GK102375122SQ20101024814
公开日2012年3月14日 申请日期2010年8月9日 优先权日2010年8月9日
发明者周密, 沈建跃, 郭颖欣 申请人:苏州氢洁电源科技有限公司
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