一种适用于空冷型质子交换膜燃料电池的综合测试系统

技术领域

本发明涉及一种燃料电池交换领域，尤其是涉及一种适用于空冷型质子交换膜燃料电池的综合测试系统。

背景技术

燃料电池是一种将氢氧通过电化学反应产生电能的发电装置，具有能量转换效率高，环境友好，噪声低等多项优点。随着燃料电池技术的发展与商业化，燃料电池的安全性和耐久性受到越来越多的关注。目前主流的电池热量移除方式包括液体冷却和空气冷却两种，其中液体冷却是最典型和最常用的，而对于空气冷却的空冷型质子交换膜燃料电池还缺少相关的实际应用产品。因此目前市场上还没有对空冷型质子交换膜燃料电池的综合测试设备。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种适用于空冷型质子交换膜燃料电池的综合测试系统。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种适用于空冷型质子交换膜燃料电池的综合测试系统，包括电池固定座、进排气模块、空气进气风道模块、空气排气风道模块、中控电脑、电子负载模块，单电池电压监测装置和温度扫描装置；

所述进排气模块包括箱体、进气单元和排气单元，所述进气单元和排气单元设置在箱体内，其中，所述进气单元包括氢气进口、氮气进口、氢气流量计、三通阀、氢气电磁阀、氮气电磁阀、气体出口和压力传感器，所述氢气进口、氢气流量计、氢气电磁阀和三通阀的第一阀口通过管道依次连接，所述氮气进口、氮气电磁阀和三通阀的第二阀口通过管道依次连接，所述气体出口通过管道依次连接压力传感器和三通阀的第三阀口；所述排气单元包括依次通过管道连接的尾气进口、排气电磁阀和尾气出口，所述氢气进口、氮气进口、尾气出口、气体出口、尾气进口均位于箱体的侧壁上；

所述电池固定座设置在空气进气风道模块和空气排气风道模块之间，所述燃料电池安装在电池固定座上，所述气体出口和尾气进口通过连接管连接燃料电池，所述电子负载模块连接燃料电池，所述单电池电压监测装置连接燃料电池的每节单电池，所述温度扫描装置设置在燃料电池的一侧；

所述中控电脑连接氢气流量计、氢气电磁阀、氮气电磁阀、排气电磁阀、压力传感器和电子负载模块。

进一步地，所述进气单元和排气单元为上下结构分布。

进一步地，所述氢气进口、氮气进口和尾气出口位于箱体的一端侧壁上，所述气体出口和尾气进口位于箱体的另一端侧壁上。

进一步地，所述进排气模块还包括温湿度传感器和风速仪，所述温湿度传感器和风速仪均固定在箱体的侧壁上，所述温湿度传感器和风速仪的探头分别设置在空气进气风道模块和空气排气风道模块的风道内。

进一步地，所述空气进气风道模块包括多个控温加湿流道，每个控温加湿流道设有独立的加热单元和加湿单元。

进一步地，所述排气单元还设有并联在排气电磁阀一侧的脉排阀，并且该脉排阀连接中控电脑。

进一步地，所述空气排气风道模块内设有整流结构。

进一步地，所述空气进气风道模块内设有空气过滤单元。

进一步地，所述进排气模块中，所述氢气进口和氢气流量计之间设有氢气减压阀；所述氮气进口和氮气电磁阀之间设有氮气减压阀。

进一步地，所述中控电脑采用NI CDAQ控制器。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

1、本发明通过电池固定座、进排气模块、空气进气风道模块、空气排气风道模块等多模块的设计，有效实现了对空冷型质子交换膜燃料电池的性能测试，进行燃料电池后续的设计优化和管理。同时，本发明在进排气模块中集成了氮气管路，可通过氮气吹扫功能对测试过程进行意外保护，有效提高安全性。

2、本发明通过模块化的结构简化了测试设备：1.将氢气与氮气管路集成并封装在一个进排气模块内，便于连接和组装，具有便携性；2.设计了结构固定的电池固定座、空气进气风道模块和空气排气风道模块，简化操作步骤。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

图2为进排气模块的结构示意图。

图3为空气进气风道模块的结构示意图。

图4为空气排气风道模块的结构示意图。

图5为本发明的控制原理示意图。

附图标记：1、电池固定座，2、进排气模块，21、箱体，22、进气单元，221、氢气进口，222、氮气进口，223、氢气流量计，224、三通阀，225、氢气电磁阀，226、氮气电磁阀，227、气体出口，228、压力传感器，23、排气单元，231、尾气进口，232、排气电磁阀，233、尾气出口，234、脉排阀，24、温湿度传感器，25、风速仪，26、氢气减压阀，27、氮气减压阀，3、空气进气风道模块，31、空气过滤单元，4、空气排气风道模块，41、整流结构，5、中控电脑，6、电子负载模块。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

如图1所示，本实施例提供了一种适用于空冷型质子交换膜燃料电池的综合测试系统，包括电池固定座1、进排气模块2、空气进气风道模块3、空气排气风道模块4、中控电脑5、电子负载模块6，单电池电压监测装置和温度扫描装置。电池固定座1设置在空气进气风道模块3和空气排气风道模块4之间，燃料电池安装在电池固定座1上。进排气模块2通过连接管连接燃料电池。电子负载模块6直接连接燃料电池，用于给与电堆不同负载。单电池电压监测装置连接燃料电池的每节单电池，对每节电池的电压进行监控，单电池电压监测装置为现有的成熟技术，在此不进行展开。温度扫描装置设置在燃料电池的一侧，对燃料电池的温度进行监控，温度扫描装置采用现有成熟的温度光学热采集装置，在此也不进行展开。单电池电压监测装置和温度扫描装置可以单独进行数据采集，也可以将数据汇总道中控电脑5进行集中采集。

如图2所示，进排气模块2包括箱体21、进气单元22和排气单元23，进气单元22和排气单元23设置在箱体21内。进气单元22和排气单元23为上下结构分布，本实施例中进气单元22在上，排气单元23在下。进气单元22包括氢气进口221、氮气进口222、氢气流量计223、三通阀224、氢气电磁阀225、氮气电磁阀226和气体出口227。氢气进口221、氢气流量计223、氢气电磁阀225和三通阀224的第一阀口通过管道依次连接；氮气进口222、氮气电磁阀226和三通阀224的第二阀口通过管道依次连接；气体出口227通过管道依次连接压力传感器228和三通阀224的第三阀口。排气单元23包括依次通过管道连接的尾气进口231、排气电磁阀232和尾气出口233。排气单元23还设有并联在排气电磁阀232一侧的脉排阀234，作为冗余，提高排气的安全性。

此外，在氢气进口221和氢气流量计223之间设有氢气减压阀26，氮气和氮气电磁阀226之间设有氮气减压阀27用于更好地控制供气压力，避免过大的压力冲击管道。

本实施例中，氢气进口221、氮气进口222、尾气出口233、气体出口227、尾气进口231均位于箱体21的侧壁上，具体地说：氢气进口221、氮气进口222和尾气出口233位于箱体21的一端侧壁上，氢气进口221连外置的接氢气瓶，氮气进口222连接外置的氮气瓶；气体出口227和尾气进口231位于箱体21的另一端侧壁上，便于通过连接管和燃料电极进行对接。

排气模块还包括温湿度传感器24和风速仪25，所述温湿度传感器24和风速仪25均固定在箱体21的侧壁上。温湿度传感器24和风速仪25的探头和温湿度传感器24和风速仪25本体采用无线或者有线的方式连接，用于设置在空气进气风道模块3和空气排气风道模块4内，对空气情况进行监控。

由此，本实施例实现了进排气模块2整体化结构设计，将氢气与氮气管路集成并封装在一个进排气模块2内，便于连接和组装，而且具有便携性。

如图3和图4所示所示，温湿度传感器24和风速仪25的探头分别设置在空气进气风道模块3和空气排气风道模块4的风道内。空气进气风道模块3负责整理电堆空气进口气流测量进口温度与湿度，包括多个控温加湿流道，每个控温加湿流道设有独立的加热单元和加湿单元。在空气进气风道模块3内还可以设有轨道，将湿度传感器的探头布置于导轨上可实现探头位置变换，来进行对风道任意位置的监测。在空气进气风道模块3内设有如过滤网等空气过滤单元31，用于过滤空气中污染物质。空气排气风道模块4负责整理电堆空气出口气流测量出口风速温度与湿度，内部设有整流结构41，用于整流出口空气实现出口空气为层流状态，同样的空气排气风道模块4内可以设有轨道，将温湿度传感器24的探头布置于导轨上可实现探头位置变换，来进行对风道任意位置的监测。

中控电脑5采用NI CDAQ控制器，以此作为数据采集平台，使用NI Veristand系统建立上位机界面实时采集实验数据，并使用Veristand程序编译软件建立保护系统。中控电脑5连接氢气流量计223、氢气电磁阀225、氮气电磁阀226、排气电磁阀232、脉排阀234、压力传感器228和电子负载模块6，用于对测试系统进行控制。

如图5所示，本实施例的工作原理如下：

正常测试时，中控电脑5开启氢气电磁阀225，关闭氮气电磁阀226，对燃料电池供应气体，并且调整电子负载模块6，使燃料电池正常反应工作，对其正常工作时的参数进行测试。

在中控电脑5中设置有防止氢氮管路同时开启的保护程序：当氢气电磁阀225开关开启时，若要打开氮气电磁阀226，会先关闭氢气电磁阀225，再开启氮气电磁阀226；氮气电磁阀226开关开启，流程相同。

当燃料电池温度过高时进行氮气吹扫：中控电脑5控制氢气电磁阀225关闭，调整电子负载模块6电流为0A，并开启氮气电磁阀226与排气电磁阀232，待负载电压上升至1V后，由上位机自动控制关闭氮气阀门，记录电池最高温度。

当燃料电池的单电池电压过低时进行氮气吹扫：中控电脑5控制氢气电磁阀225关闭，调整电子负载模块6的电流为0A，并开启氮气电磁阀226与排气电磁阀232，待负载电压上升至1V后，由上位机自动控制关闭氮气阀门，记录单电池编号。

以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。