一种可实现高低温控制的燃料电池单片测试装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种可实现高低温控制的燃料电池单片测试装置，该装置包括用于氢气加热或预冷的阳极预处理构件、用于出电池单片气体的温度和压力控制的阳极后处理构件、用于空气加热或预冷的阴极预处理构件、用于出电池单片气体的温度和压力控制的阳极后处理构件阴极后处理构件、液冷构件和冷却构件。与现有技术相比，本发明专利技术提出了的装置具有高温和低温两部分控制功能，兼具流量和压力控制功能，可用于电池单片的高低温测试。池单片的高低温测试。池单片的高低温测试。

【技术实现步骤摘要】
一种可实现高低温控制的燃料电池单片测试装置


[0001]本专利技术涉及燃料电池检测
，具体涉及一种可实现高低温控制的燃料电池单片测试装置。

技术介绍

[0002]质子交换膜是质子交换膜燃料电池(PEMFC)中的关键材料，其化学结构是碳氟主链和带有磺酸基的侧链。由于其传导质子需依赖水分子，温度高于80℃之后，其质子传导率明显地降低。同时，低温PEMFC还要涉及复杂的水/热管理问题和催化剂易中毒等问题等。
[0003]具体来说，PEMFC的能量转换效率为50％左右，意味着有50％的能量以热能形式释放出来，若散热效果不好，则会造成最高温度超过膜的设计点温度(常用的Nafion膜最高耐受温度为80℃)以及温度不均匀，而温度分布会影响气体的供应、电化学反应、质子交换膜的传输特性以及水管理，对PEMFC的总效率与稳定性造成影响。此外，PEMFC低温冷启动性能较差是制约其实际推广应用的主要障碍之一，PEMFC工作时的反应产物水在超低温很容易结冰，而冰会覆盖在阴极侧催化层表面或堵塞气体扩散层孔隙，阻碍反应气体进入多孔电极，使得电极电化学反应速率降低甚至停止，进而影响PEMFC的低温启动性能。同时，水结冰或冰融化的反复相变会导致多孔电极的体积变化剧烈，对电池材料结构产生破坏，并在一定程度上影响电池的工作性能及使用寿命。
[0004]综上所述，燃料电池质子交换膜的高低温测试是对此部分进行优化研究的重中之重。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷中的至少一种而提供一种可实现高低温控制的燃料电池单片测试装置。该装置在对质子交换膜或电堆单片进行高低温测试的同时，兼具流量、压力精确控制功能。
[0006]本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现：
[0007]一种可实现高低温控制的燃料电池单片测试装置，该装置包括用于氢气加热或预冷的阳极预处理构件、用于出电池单片气体的温度和压力控制的阳极后处理构件、用于空气加热或预冷的阴极预处理构件、用于出电池单片气体的温度和压力控制的阳极后处理构件阴极后处理构件、液冷构件和冷却构件；
[0008]所述的阳极预处理构件与电池单片的阳极入口相连，电池单片的阳极出口与阳极后处理构件相连；
[0009]所述的阴极预处理构件与电池单片的阴极入口相连，电池单片的阴极出口与阴极后处理构件相连；
[0010]所述的阳极预处理构件和阴极预处理构件分别与液冷构件相互连通；
[0011]所述的阳极后处理构件和阴极后处理构件分别与冷却构件相互连通。
[0012]进一步地，所述的阳极预处理构件包括阳极预处理组件、阳极质量流量控制器、阳
极预冷组件和阳极加热组件；所述的阳极预处理组件通过阳极三通阀与阳极预冷组件和阳极加热组件相连；所述的阳极质量流量控制器位于阳极预处理组件和阳极三通阀相连的管路上；所述的阳极预冷组件与液冷构件相互连通；所述的阳极预冷组件和阳极加热组件出口管道汇合成一个支路，该支路与阳极入口相连。
[0013]具体来说，阳极预处理组件包括氢气输送管和设置在氢气输送管上的减压阀、过滤器和电磁阀，氢气经过减压阀、过滤器进行调节压力和过滤杂质后，通过电磁阀进行流量开关控制；阳极质量流量控制器用于控制气体总流量。阳极三通阀用于分配高温和低温气体流量，进行温度混合。阳极预冷组件包括板式换热器及相关温度传感器，氢气进入板式换热器热侧，通过与冷侧冷却剂进行热交换最低可达到
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60℃。阳极加热组件包括加热器、功率调节仪及相关温度传感器，氢气进入加热器升温最高可达到300℃。阳极出入口分别设有用于检测进电堆及出电堆氢气的温度和压力的阳极进出口温压传感器。
[0014]进一步地，所述的阴极预处理构件包括阴极预处理组件、阴极质量流量控制器、阴极预冷组件和阴极加热组件；所述的阴极预处理组件通过阴极三通阀与阴极预冷组件和阴极加热组件相连；所述的阴极质量流量控制器位于阴极预处理组件和阴极三通阀相连的管路上；所述的阴极预冷组件与液冷构件相互连通；所述的阴极预冷组件和阴极加热组件出口管道汇合成一个支路，该支路与阴极入口相连。
[0015]具体来说，阴极预处理组件包括空气输送管和设置在空气输送管上的减压阀、过滤器和电磁阀，空气经过减压阀、过滤器进行调节压力和过滤杂质后，通过电磁阀进行流量开关控制。阴极质量流量控制器用于控制气体总流量阴极三通阀用于分配高温和低温气体流量，进行温度混合。阴极预冷组件包括板式换热器及相关温度传感器，空气进入板式换热器热侧，通过与冷侧冷却剂进行热交换最低可达到
‑
60℃。阴极加热组件包括加热器、功率调节仪及相关温度传感器，空气进入加热器升温最高可达到300℃。电池单元阴极进入口处设有用于检测进电堆及出电堆空气的温度和压力的阴极进出口温度传感器。
[0016]进一步地，所述的阳极后处理构件包括阳极尾排组件和阳极背压组件；所述的电池单元的阳极出口与阳极尾排组件相连，阳极尾排组件与阳极背压组件相连；所述的阳极尾排组件与冷却构件相互连通。
[0017]具体来说，阳极尾排组件包括板式换热器及相关温度传感器，用于对高温或低温的出堆气体进行温度控制，达到常温左右温度，保护后端阳极背压系统和实验室尾排管路。阳极背压组件为背压阀或者比例阀，用于控制阳极侧压力。
[0018]进一步地，所述的阴极后处理构件包括阴极尾排组件和阴极背压组件；所述的电池单元的阴极出口与阴极尾排组件相连，阴极尾排组件与阴极背压组件相连；所述的阴极尾排组件与冷却构件相互连通。
[0019]具体来说，阴极尾排组件包括降温用板式换热器、板式换热器冷侧的球阀和温度传感器、板式换热器热侧出口的温度传感器，用于对高温或低温的出堆气体进行温度控制，达到常温左右温度，保护后端阴极背压系统和实验室尾排管路。阴极背压组件为控压用背压阀及相关电气比例阀和调压阀，用于控制阴极侧压力。
[0020]进一步地，所述液冷构件包括液冷机，液冷机所用冷却剂为制冷温度为
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70到
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80℃的超低温冷却剂。液冷机为阳极预冷组件和阴极预冷组件提供超低温冷却剂对气体进行降温。
[0021]进一步地，所述冷却构件包括冷水机，冷水机所用冷却剂为冷却水。冷水机为阳极尾排组件和阴极尾排组件提供冷却水对高温或低温气体进行温度回调。
[0022]进一步地，所述装置中通过四层材质对管路进行保温，从里向外，依次为第一层为羊毛毡3
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6mm，第二层为聚丙乙烯保温管55
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65mm，第三层为隔热铝箔层，第四层为PVC橡塑胶布。
[0023]与现有技术相比，本专利技术具有以下优点：
[0024](1)本专利技术提出了一种可实现高低温控制的燃料电池单片测试装置，该装置包括高温和低温两部分控制功能，兼具流量和压力控制功能，可用于电池单片的高低温测试；
[0025](2)本专利技术设计的一种可实现高低温控制的燃料电池单片测试装置，解决了MEA低温测试本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种可实现高低温控制的燃料电池单片测试装置，其特征在于，该装置包括用于氢气加热或预冷的阳极预处理构件、用于出电池单片气体的温度和压力控制的阳极后处理构件、用于空气加热或预冷的阴极预处理构件、用于出电池单片气体的温度和压力控制的阳极后处理构件阴极后处理构件、液冷构件和冷却构件；所述的阳极预处理构件与电池单片的阳极入口相连，电池单片的阳极出口与阳极后处理构件相连；所述的阴极预处理构件与电池单片的阴极入口相连，电池单片的阴极出口与阴极后处理构件相连；所述的阳极预处理构件和阴极预处理构件分别与液冷构件相互连通；所述的阳极后处理构件和阴极后处理构件分别与冷却构件相互连通。2.根据权利要求1所述的一种可实现高低温控制的燃料电池单片测试装置，其特征在于，所述的阳极预处理构件包括阳极预处理组件(1)、阳极预冷组件(4)和阳极加热组件(5)；所述的阳极预处理组件(1)通过阳极三通阀(3)与阳极预冷组件(4)和阳极加热组件(5)相连；所述的阳极预冷组件(4)与液冷构件相互连通；所述的阳极预冷组件(4)和阳极加热组件(5)出口管道汇合成一个支路，该支路与阳极入口相连。3.根据权利要求1所述的一种可实现高低温控制的燃料电池单片测试装置，其特征在于，所述的阴极预处理构件包括阴极预处理组件(12)、阴极预冷组件(15)和阴极加热组件(16)；所述的阴极预处理组件(12)通过阴极三通阀(14)与阴极预冷组件(15)和阴极加热组件(16)相连；所述的阴极预冷组件(15)与液冷构件相互连通；所述的阴极预冷组件(15)和阴极加热组件(16)出口管道汇合成一个支路，该支路与阴极入口相连。4.根据权利要求1所述的一种可实现高低温控制的...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙贺，王永湛，卢金阳，甘全全，戴威，
申请(专利权)人：上海神力科技有限公司，
类型：发明
国别省市：