一种燃料电池多参数优化测试系统及其工作方法技术方案

本发明专利技术公开了一种燃料电池多参数优化测试系统，主要包括：气瓶(空气或氢气)(1)、减压阀(2)、压力表(3)、过滤器(4)、供气电磁阀(5)、流量计(6)、干气控制阀(7)、加湿控制阀(8)、加湿器(9)、压力传感器(10)、温度传感器(11)、PEM燃料电池电堆(12)、压力传感器(13)、背压阀(14)、水罐(15)、手动阀(16)、手动阀(17)、去离子水瓶(18)、补水电磁阀(19)。此外，本发明专利技术还公开了上述燃料电池多参数优化测试系统的工作方法。采用本发明专利技术，燃料电池系统流量控制能力、供气压力跟随能力、温度响应能力和湿度跟随能力等多参数动态性能的测试便可高效有序进行。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于燃料电池测试
，具体涉及一种燃料电池多参数优化测试系统及工作方法。
技术介绍
燃料电池本质上是一种直接将化学能转变为电能的装置，只发生电化学反应，而没有发生燃烧过程，因而其不受卡诺循环限制，具有高能量转化效率，(理论上达85％以上)。燃料电池以氢气和空气为燃料，反应后生成产物中只有水，因而可以实现低排放，无污染且可循环利用。燃料电池几乎不含运动部件，因此噪音低。因其诸多优点，所以燃料电池被作为一种新能源的载体，广泛应用于各种动力系统。关于燃料电池的研究因而也就成了热点，其中有关燃料电池动态性能测试及其工作方法也成为研究的重点。为了对电池性能全面了解，有必要对燃料电池的动态性能进行多次测试研究。燃料电池自发展以来，已有碱性燃料电池、磷酸燃料电池、固体氧化物燃料电池、质子交换膜燃料电池等诸多种类。其中，质子交换膜燃料电池因其具有低温启动快、效率高、能量密度大、噪音低和无污染等优点，被认为最有可能替代内燃机成为下一代车用动力装置。专利(CN200810300846.1)给出了质子交换膜燃料电池加湿时多参数性能测试的途径和方法，但没有给出燃料电池不加湿情况下多参数性能的测试及方法，不能与加湿情况下的电池性能作对比，对燃料电池参数性能的测试还不充分，各参数性能测试的全面性还需进一步研究。因此需要对电池流量控制能力、供气压力跟随能力、温度响应能力和湿度跟随能力等诸多参数动态性能提供更有效的测试方法，提出更具有可行性的电池动态性能测试整体方案。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了全面高效测试质子交换膜燃料电池的动态性能参数，以便更全面了解电堆性能。并且此燃料电池的测试反应后只生成水，不含有任何污染物，实现了污染物的零排放。本专利技术通过如下技术方案来实现：一种燃料电池多参数优化测试系统，主要包括气瓶、减压阀、过滤器、供气电磁阀、干气控制阀、加湿控制阀、加湿器、PEM燃料电池电堆。气瓶经减压阀连接过滤器，再经供气电磁阀并由干气控制阀和加湿控制阀分为两路。其中，一路经干气控制阀直接通入燃料电池堆，另一路经加湿控制阀、加湿器进入燃料电池堆。作为优选，在减压阀与过滤器之间设置压力表。作为优选，在供气电磁阀与干气控制阀之间设置流量计。作为优选，在进入燃料电池之间的气路上设置压力传感器一和温度传感器。进一步地，水罐经背压阀连接至燃料电池堆的排水区。作为优选，水罐上设置手动阀一。进一步地，去离子水瓶经补水电磁阀连接加湿器。另外，加湿器的水箱上设有手动阀二。本专利技术还提供了上述一种燃料电池多参数优化测试系统的工作方法：气体通过气瓶，经过减压阀控制压力，经过滤器过滤杂质；供气电磁阀打开并控制气体流量；此后气体分两种情况进入电堆：不加湿情况下，干气控制阀直接控制气体经压力传感器、温度传感器检测后进入PEM燃料电池电堆；加湿情况下，气体经加湿控制阀、加湿器，再经压力传感器、温度传感器检测后进入燃料电池堆；气体进入燃料电池堆充分反应后，反应区内气体压力经背压阀进行调节。进一步地，对反应后的水汽进行分离，气体直接排出室外，水通过水罐存储。本专利技术是使气体(氢气或空气)在各自设定的不同流量、压力、温度和相对湿度等环境下分别从各自管路进入电堆进行反应，分别测出不同环境下质子交换膜燃料电池的动态性能曲线，既可以对流量、压力、温度和相对湿度等单一变量进行分析比较，又可以依各变量对电堆的影响相互之间进行对比，得到燃料电池各环境下的性能参数。采用本专利技术可以了解一种测试电堆比较系统、安全的方法，比较全面测得燃料电池动态性能参数，更全面了解电堆性能。并且此燃料电池的测试反应后只生成水，不含有任何污染物，实现了污染物的零排放。附图说明图1是本专利技术燃料电池多参数优化测试系统的总体方案流程图。图中：1-气瓶，2-减压阀，3-压力表，4-过滤器，5-供气电磁阀，6-流量计，7-干气控制阀，8-加湿控制阀，9-加湿器，10-压力传感器一，11-温度传感器，12-PEM燃料电池电堆，13-压力传感器二，14-背压阀，15-水罐，16-手动阀一，17-手动阀二，18-去离子水瓶，19-补水电磁阀。具体实施方式下面结合附图对本专利技术作进一步详细描述：如图1所示，本专利技术的一种燃料电池多参数优化测试系统，主要包括气瓶1、减压阀2、过滤器4、供气电磁阀5、干气控制阀7、加湿控制阀8、加湿器9、PEM燃料电池电堆12。本专利技术的气瓶1可以是空气瓶或氢气瓶。可以完成对空气或氢气的单独测试，未测试气体可以直接通入燃料电池堆12的相应极。当然，本专利技术的气路也可以有相同的两个，分别接入燃料电池堆12的阳极(氢气)和阴极(空气)，可以同时对空气和氢气进行测试。以下仅以一个气路(如图1)进行介绍。气瓶1经减压阀2进入过滤器4，滤除气体中的杂质。再经供气电磁阀5并由干气控制阀7和加湿控制阀8分为两路。其中，干气控制阀7直接通入燃料电池堆12的相应极(氢气对应阳极、空气对应阴极)，加湿控制阀8经加湿器9进入燃料电池堆12的相应极。作为优选，在减压阀2与过滤器4之间设置压力表3，检测供气压力。作为优选，在供气电磁阀5与干气控制阀7(加湿控制阀8)之间设置流量计6，检测供气流量。在进入燃料电池12之间的气路上设置压力传感器一10和温度传感器11，对进入燃料电池堆12反应区的气体压力、温度进行测量。进一步地，水罐15经背压阀14连接至燃料电池堆12的排水区。作为优选，水罐15上设置手动阀一16，可手动对水罐15进行排水。进一步地，去离子水瓶18经补水电磁阀19连接加湿器9，可以对加湿器9进行补水操作。另外，加湿器9的水箱上设有手动阀二17，可以进行手动排水操作。本专利技术的一种燃料电池多参数优化测试系统的工作方法描述如下：气体通过气瓶1(空气也可以通过空压机供给)供给，经过减压阀2控制压力表3指示在0.2-0.25MPa范围内，经过滤器4过滤掉小颗粒气体杂质；供气电磁阀5打开并根据流量计6指示数值控制气体流量；此后气体分两种情况进入电堆：不加湿情况下干气控制阀7直接控制气体经压力传感器10、温度传感器11检测后进入PEM燃料电池电堆12(氢气从电堆阳极进入，空气从电堆阴极进入)，加湿情况下气体经加湿控制阀8、加湿器9(鼓泡和喷淋两种方式)，再经压力传感器10、温度传感器11检测后进入燃料电池堆12，气体进入燃料电池堆12充分反应后，压力传感器13检测反应区内气体压力，经背压阀14进行压力调节控制，最后对反应后的水汽进行分离，气体直接排出室外，水通过水罐15存储，当水量达到一定高度后，可通过手动阀16排水。其中，当加湿器9水箱液位低于最低液位时，补水电磁阀19可从去离子水瓶18中抽水及时补水，当然，当加湿器9中需要排水时，也可通过手动阀17实现。另外，此系统还设有保护装置，当系统出错时，将气瓶1替换为氮气瓶，开启减压阀2、供气电磁阀5、干气控制阀7，氮气会按照,不加湿路线对燃料电池堆反应区残留空气、氢气进行自动扫气。本专利技术系统的燃料电池可以作为便携电源、小型移动电源、车载电源、备用电源等使用。也可以工作在汽车、火车、船舶等交通工具上。同时，燃料电池生成的电还可供车载其它电器设备使用，用于驾驶室制冷、座椅加热、音响等。对于本领域技术人员而言，显然本专利技术不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种燃料电池多参数优化测试系统，其特征在于：主要包括气瓶(1)、减压阀(2)、过滤器(4)、供气电磁阀(5)、干气控制阀(7)、加湿控制阀(8)、加湿器(9)、PEM燃料电池电堆(12)；气瓶(1)经减压阀(2)连接过滤器(4)，再经供气电磁阀(5)并由干气控制阀(7)和加湿控制阀(8)分为两路：其中，一路经干气控制阀(7)直接通入燃料电池堆(12)，另一路经加湿控制阀(8)、加湿器(9)进入燃料电池堆(12)。

【技术特征摘要】
1.一种燃料电池多参数优化测试系统，其特征在于：主要包括气瓶(1)、减压阀(2)、过滤器(4)、供气电磁阀(5)、干气控制阀(7)、加湿控制阀(8)、加湿器(9)、PEM燃料电池电堆(12)；气瓶(1)经减压阀(2)连接过滤器(4)，再经供气电磁阀(5)并由干气控制阀(7)和加湿控制阀(8)分为两路：其中，一路经干气控制阀(7)直接通入燃料电池堆(12)，另一路经加湿控制阀(8)、加湿器(9)进入燃料电池堆(12)。2.根据权利要求1所述的一种燃料电池多参数优化测试系统，其特征在于：在减压阀(2)与过滤器(4)之间设置压力表(3)。3.根据权利要求1所述的一种燃料电池多参数优化测试系统，其特征在于：在供气电磁阀(5)与干气控制阀(7)之间设置流量计(6)。4.根据权利要求1所述的一种燃料电池多参数优化测试系统，其特征在于：在进入燃料电池(12)之间的气路上设置压力传感器一(10)和温度传感器(11)。5.根据权利要求1所述的一种燃料电池多参数优化测试系统，其特征在于：水罐(15)经背压阀(14)连接至燃料电池堆(12)的排水区。6.根据权利要求5所...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘永峰，王娜，姚圣卓，裴普成，秦建军，陈红兵，王方，金涛涛，田洪森，
申请(专利权)人：北京建筑大学，
类型：发明
国别省市：北京;11