一种燃料电池的温度控制及测试系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种燃料电池的温度控制及测试系统，包括燃料电池、两个水腔、恒温水槽、两个集流板、若干温度传感器、若干半导体制冷器件、驱动电路、换向电路、温度控制器及数据采集系统；本发明专利技术还公开了一种燃料电池的温度控制及测试方法。本发明专利技术可以使燃料电池表面温度的均匀分布，并缩短温度控制的响应时间，拓宽温度控制范围。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术公开了一种燃料电池的温度控制及测试系统，包括燃料电池、两个水腔、恒温水槽、两个集流板、若干温度传感器、若干半导体制冷器件、驱动电路、换向电路、温度控制器及数据采集系统；本专利技术还公开了一种燃料电池的温度控制及测试方法。本专利技术可以使燃料电池表面温度的均匀分布，并缩短温度控制的响应时间，拓宽温度控制范围。【专利说明】
本专利技术涉及一种温度控制及测试系统及方法，具体涉及一种燃料电池的温度控制 及测试系统及方法。
技术介绍
在燃料电池、能源及电子等领域中，需要做到对元器件温度精确控制，温控范围 快，温度响应快。以燃料电池为例，燃料电池的热管理是影响其工程应用的重要问题之 一。电池热管理的主要工作之一是温度控制。电池温度控制常用的方法或手段有：加热棒 (垫）、空气冷却、循环水及恒温箱。以上方法的主要缺点在于：燃料电池的温度控制方式多 为对流换热方法，温度分布不均匀，使得电池试验的重复性差；燃料电池温度控制响应时间 较长，尤其不利于电池变工况和动态特性的研究；燃料电池可控温度范围较窄，无法实现燃 料电池的低温冷启动试验。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供了一种燃料电池的温度控制及 测试系统及方法，该系统及方法可以使燃料电池表面温度的均匀分布，并缩短温度控制的 响应时间，拓宽温度控制范围。 为达到上述目的，本专利技术所述的燃料电池的温度控制及测试系统包括燃料电池、 两个水腔、恒温水槽、两个集流板、若干温度传感器、若干半导体制冷器件、驱动电路、换向 电路、温度控制器及数据采集系统； 两个集流板位于两个水腔之间，且两个集流板及两个水腔固定连接，燃料电池夹 持于两个集流板之间，各半导体制冷器件均匀分布于两个集流板内，两个水腔上均设有入 水口及出水口，恒温水槽的出水口与第一个水腔的入水口相连通，第一个水腔的出水口与 第二个水腔的入水口相连通，第二个水腔的出水口与恒温水槽的入水口相连通，两个集流 板上均开设有若干测温孔，温度传感器位于所述测温孔内； 各温度传感器的输出端与数据采集系统的输入端相连接，数据采集系统的输出端 与温度控制器的输入端相连接，温度控制器的输出端与换向电路的控制端相连接，换向电 路的输出端与驱动电路的输入端相连接，驱动电路的输出端与各半导体制冷器件的控制端 相连接。 所述半导体制冷器件的数量为八个，每个集流板内均均匀设有四个半导体制冷器 件； 每个集流板上的测温孔的数量为十六个，每个集流板均匀分为四个区域，四个半 导体制冷器件位于不同的区域内，且每个区域内均有四个温度传感器。 两个集流板及两个水腔上均开设有螺纹孔，螺栓依次穿过第一个水腔上的螺纹 孔、第一个集流板上的螺纹孔、第二个集流板上的螺纹孔及第二个水腔上的螺纹孔将两个 集流板及两个水腔固定连接。 所述温度传感器的输出端与数据采集系统的输入端通过导线相连接，集流板的侧 面开设有传感器出线槽，导线内嵌于所述传感器出线槽内。 所述恒温水槽的出水口与第一个水腔的入水口之间通过水泵相连接。 所述温度控制器为PID控制器。 本专利技术所述的燃料电池的温度控制及测试方法包括以下步骤： 各温度传感器实时检测燃料电池不同位置的温度信息，数据采集系统获取各温度 传感器检测到的燃料电池不同位置的温度信息，然后将所述燃料电池不同位置的温度信息 转发至温度控制器中，温度控制器根据燃料电池不同位置的温度信息得与各区域相接触的 燃料电池表面的平均温度，当与任意一个区域相接触的燃料电池表面的平均温度大于或等 于预设阀值时，则产生第一控制信号，然后将所述第一控制信号输入到换向电路中，换向电 路根据所述第一控制信号控制输入到驱动电路中的电流的方向，使驱动电路驱动所述半导 体制冷器件对与该区域相接触的燃料电池的表面进行降温；当与任意一个区域相接触的 燃料电池表面的平均温度小于或等于预设阀值时，则产生第二控制信号，并将所述第二控 制信号输入到换向电路中，换向电路根据所述第二控制信号控制输入到驱动电路中的电流 的方向，使驱动电路驱动所述半导体制冷器件对与该区域相接触的燃料电池的表面进行升 温； 同时恒温水槽中的水经第一个水腔的入水口进入第一个水腔中，实现对第一个集 流板中的各半导体制冷器件进行降温，第一个水腔中的水依次经第一个水腔的出水口及第 二个水腔的入水口进入到第二个水腔中，实现对第二个集流板中的各半导体制冷器件进行 降温，然后再经第二个水腔的出水口进入到恒温水槽中。 本专利技术具有以下有益效果： 本专利技术所述的燃料电池的温度控制及测试系统及方法在控制燃料电池表面温度 的过程中，先通过温度传感器实时的检测燃料电池表面各位置的温度信息，然后将所述燃 料电池表面各位置的温度信息经数据采集系统转发至温度控制器中，温度控制器根据燃料 电池表面各位置的温度信息得到与各区域相接触的燃料电池表面的平均温度，当与任意一 个区域相接触的燃料电池的表面的平均温度不在预设范围内时，则通过换向电路及驱动电 路驱动该区域的对应的半导体制冷器件调整与该区域相接触的燃料电池的表面的平均温 度，从而实现对燃料电池表面温度的控制，缩短温度控制的响应时间，拓宽温度控制的范 围。另外，所述各半导体制冷器件均匀分布于两个集流板内，从而可以有效的使燃料电池表 面温度的均匀分布。 【专利附图】【附图说明】 图1为本专利技术的结构示意图； 图2为本专利技术中水腔5的结构示意图； 图3为本专利技术中集流板4的结构示意图； 图4为采用本专利技术对燃料电池2加热及冷却效果图； 图5为采用本本专利技术对温度扰动的响应时间图。 其中，1为温度传感器、2为燃料电池、3为半导体制冷器件、4为集流板、5为水腔、 6为驱动电路、7为换向电路、8为数据采集系统、9为温度控制器、10为恒温水槽、11为水腔 的入水口、12为水腔的出水口、13为螺纹孔、14为测温孔、15为传感器出线槽。 【具体实施方式】 下面结合附图对本专利技术做进一步详细描述： 参考图1、图2及图3,本专利技术所述的燃料电池的温度控制及测试系统包括燃料电 池2、两个水腔5、恒温水槽10、两个集流板4、若干温度传感器1、若干半导体制冷器件3、驱 动电路6、换向电路7、温度控制器9及数据采集系统8 ;两个集流板4位于两个水腔5之间， 且两个集流板4及两个水腔5固定连接，燃料电池2夹持于两个集流板4之间，各半导体制 冷器件3均匀分布于两个集流板4内，两个水腔5上均设有入水口 11及出水口 12,恒温水 槽10的出水口与第一个水腔5的入水口 11相连通，第一个水腔5的出水口 12与第二个水 腔5的入水口 11相连通，第二个水腔5的出水口 12与恒温水槽10的入水口相连通，两个 集流板4上均开设有若干测温孔14,温度传感器1位于所述测温孔14内；各温度传感器1 的输出端与数据采集系统8的输入端相连接，数据采集系统8的输出端与温度控制器9的 输入端相连接，温度控制器9的输出端与换向电路7的控制端相连接，换向电路7的输出端 与驱动电路6的输入端相连接，驱动电路6的输出端与各半导体制冷器件3的控制端相连 接。 需要说明的是，所述半导体制冷器件3的数量为八个，每本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种燃料电池的温度控制及测试系统，其特征在于，包括燃料电池(2)、两个水腔(5)、恒温水槽(10)、两个集流板(4)、若干温度传感器(1)、若干半导体制冷器件(3)、驱动电路(6)、换向电路(7)、温度控制器(9)及数据采集系统(8)；两个集流板(4)位于两个水腔(5)之间，且两个集流板(4)及两个水腔(5)固定连接，燃料电池(2)夹持于两个集流板(4)之间，各半导体制冷器件(3)均匀分布于两个集流板(4)内，两个水腔(5)上均设有入水口(11)及出水口(12)，恒温水槽(10)的出水口与第一个水腔(5)的入水口(11)相连通，第一个水腔(5)的出水口(12)与第二个水腔(5)的入水口(11)相连通，第二个水腔(5)的出水口(12)与恒温水槽(10)的入水口相连通，两个集流板(4)上均开设有若干测温孔(14)，温度传感器(1)位于所述测温孔(14)内；各温度传感器(1)的输出端与数据采集系统(8)的输入端相连接，数据采集系统(8)的输出端与温度控制器(9)的输入端相连接，温度控制器(9)的输出端与换向电路(7)的控制端相连接，换向电路(7)的输出端与驱动电路(6)的输入端相连接，驱动电路(6)的输出端与各半导体制冷器件(3)的控制端相连接。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：陶文铨，母玉同，林鸿，曹涛锋，陈黎，何雅玲，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61