PEM燃料电池综合测试分析仪制造技术

本实用新型专利技术公开了一种PEM燃料电池综合测试分析仪，其包括数据采集模块、控制模块、测量分析控制单元、用于对燃料电池电堆的放电管理的电子负载、PC机、LCD显示器，数据采集模块用于采集PEM燃料电池、电子负载的数据并传输给测量分析控制单元，测量分析控制单元对各数据分析后对电子负载的工作状态、工作参数实时采集和控制并发送控制信号给控制模块对PEM燃料电池的工作状态、工作参数实时采集和控制，LCD显示器连接在测量分析控制单元上用于显示信息，测量分析控制单元通过USB接口连接至PC机。用于燃料电池的电压、电流、燃料（压力和流量）、温度和湿度进行综合分析、控制与测量。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术属于测试仪器，具体是PEM燃料电池综合测试分析仪。
技术介绍
近年来，随着能源供求矛盾的日益尖锐以及环境污染问题的日益严重，世界各国对于高效、清洁的新型产能装置的渴望与需求越来越迫切。质子交换膜燃料电池(ProtonExchange Membrane Fuel Cell)是一种以全氟磺酸型固体聚合物为电解质膜,氢气或净化重整气为燃料，空气或纯氧为氧化剂，带有气体流动通道的石墨或表面改性的金属板为双极板的发电装置。PEMFC除具有燃料电池的一般特点(如能量转化效率高、环境友好等)之外，同时还具有可在室温快速启动、无电解液流失、水易排出、寿命长、能量密度高等突出特点。它不仅可用于建设分布式电站，也特别适宜于用作可移动动力源，是移动通讯设备、电 动车和不依靠空气推进潜艇的理想电源。正成为未来电能一个非常高效、清洁的来源。因此世界许多国家投入大量人力物力进行研究开发。PEMFC系统通常有以下5部分组成。(I)电池组，它是整个电池系统的心脏，它把燃料的化学能转换为电能向外输出送给负载；(2)氢气与氧气供给系统，该系统是向电池提供燃料和氧化剂，同时循环回收反映未完全的气体；(3)水热管理系统，该系统主要是保证电池内部的水/热平衡状态，控制燃料电池温度与适度在一个合适的范围中，使燃料电池具有最高的电能转换效率；(4)输出电能的调整分配管理系统包括支流电压的稳定、过载保护和对交流用户需要的直流变交流的分系统；(5)自动控制系统，对整个燃料电池系统的参数进行检测、调整与控制，确保电池系统稳定或靠的运行。由于PEMFC发电系统是一个涉及电化学、流体力学、热力学、电工学等多种学科的复合系统，它在运行过程中需要调节和控制的参数非常多，一般需要控制的参数有温度、湿度、内部压力、反应气体流速和反应气体纯度，而且各个参数间又有着复杂的联系。因此，为其提供稳定可靠的测试、分析与控制平台，在PEMFC的研制、开发以及性能测试中具有一定的现实意义。燃料电池的测试系统通常是由4部分组成的，分别是传感器、数据采集系统、电气负载以及控制算法与软件。(I)传感器在燃料电池测试系统中，需要测量许多不同的物理量，因而需要大量的传感器。同时由于燃料电池涉及复杂的物理化学反映，工作条件比较苛亥IJ，所以它对于传感器的要求也很高，因而对传感器的选择是这个部分的关键。(2)数据采集系统燃料电池测试系统，需要采集大量的数据。一般信号经过传感器以后，输出的都是标准的电信号，如果不是标准的电信号则需要对输出进行预处理。由于燃料电池系统中涉及到的测量数据非常多，所以对大量测试数据进行处理与传输是这一部分的关键。(3)电气负载电气负载是在对燃料电池进行交流阻抗测试中使用的设备，通过阻抗测试实验，一方面可以确定燃料电池系统中的运动阻力、系统的欧姆电阻以及反应物的传输极限。另一方面可以测试燃料系统中集电器、多孔渗水电极、接触反应层和薄膜是否安装正确。电气负载可以以数字的形式表示电流、电压，然后将这些数据输出，便于对燃料电池的性能进行分析。(4)控制算法与软件测试系统中，需要有一台功能强大的数据分析设备，它接收测试系统中的各种数据，进行分析，并将分析得到的结果进行图形化的显示，直观的对燃料电池测试的结果进行输出，同时为了提高燃料电池的测试效率，需要研究开发一种高效准确的控制算法。本课题在对PEM燃料电池的工作状态、性能进行研究测试，建立燃料电池运行模型的基础上，结合电子技术和计算机控制技术，对燃料电池测试系统上述4个部分进行分析与研究，设计一种智能化的燃料电池测试分析系统。课题研究的成果将填补国内燃料电池智能测试仪器的空白，结束我国依赖进口高昂燃料电池测试设备的局面，推动PEM燃料电池新能源技术在我省的应用和推广，使杭州成为我国燃料电池研究、应用开发、产业化的基地，对提升杭州生活品质、促进经济和社会发展有重要意义。在燃料电池分析测试仪研究开发方面，欧美走在前列。 美国国家仪器，简称NI研制了基于计算机的测试测量仪器来辅助科学家及工程师进行燃料电池的研究、设计、验证及生产测试。各种不同型号的测试仪可适用于质子交换膜(PEM)、磷酸型燃料电池(PAFC)和固体氧化物型燃料电池(SOFC)等类型的燃料电池生产及测试。现在主流的燃料电池测试仪器不仅可以实现对燃料电池发动机的电堆和各辅助部件进行测试，同时还可以对燃料电池发动机的性能、控制算法等进行综合评价，为燃料电池的研究提供了充分的支持。加拿大Advanced Measurements公司作为NI的系统集成商使用NI产品开发出了多种PEM和SOFC燃料电池测试系统，用于设计、验证和产品测试。法国Bio-Logic和Paxitech公司设计了 FCT-150型燃料电池测试仪,是紧凑型全电脑控制的测试仪。此设备通过使用以太网连接整合了程序化的电子负载、燃料、电压和温度控制、数据获取和通讯控制。以太网通讯可以使FCT安装在当地区域的网络上，并且提供了 FCT监控软件(FC-Lab )，在几个项目栏界面中提供了燃料电池测试的所有控制和功能。软件同时具有绘图功能，提供了与每次测量或控制改变相关的性能变化实时显示。韩国推出了 MARTII系列PEM/DM燃料电池测试系统可以测量PEM/DM燃料电池的各种指标，例如湿度、温度、气流、电压和电流等参数，并且可以对测试环境进行控制。控制和测试软件具有较好的图形化用户界面。国内的武汉力兴电源设计了国内首台燃料电池测试仪，可对压力、温度、湿度等参数进行测量和监控，但需要外加电子负载，软件控制界面不太丰富，使用起来非常不便，对压力、温度、湿度等参数智能进行测量和简单控制，不能。此外，中科院大化所、武汉理工大学、同济大学等国内燃料电池研究领先的院所，采用的燃料电池测试仪器几乎都是昂贵的进口产品，国内燃料电池分析测试仪器领域几乎处理空白状态，这大大影响了国内燃料电池研究的开展，因而进行本课题的研究工作是十分有必要，也是十分有意义的。
技术实现思路
本技术的目的是提供一种PEM燃料电池综合测试分析仪以分析PEM燃料电池的工作特性。为实现上述目的，本技术的PEM燃料电池综合测试分析仪，其特征是包括数据采集模块、控制模块、测量分析控制单元、用于对燃料电池电堆的放电管理的电子负载、PC机、LCD显示器，所述的数据采集模块用于采集PEM燃料电池、电子负载的数据并传输给所述的测量分析控制单元，所述的测量分析控制单元对各数据分析后对电子负载的工作状态、工作参数实时采集和控制并发送控制信号给所述的控制模块对PEM燃料电池的工作状态、工作参数实时采集和控制，所述的LCD显示器连接在所述的测量分析控制单元上用于显示信息，所述的测量分析控制单元通过USB接口连接至所述的PC机。作为优选技术手段，所述的数据采集模块通过电压传感器、流量传感器、压力传感器、温度传感器、湿度传感器对PEM燃料电池的数据进行采集。作为优选技术手段，所述的控制模块通过配气单元、加湿单元、联锁保护单元对PEM燃料电池、电子负载的工作状态、工作参数实时采集和控制，所述的配气单元用于对反应气体以及保护气体的配送管理，所述的加湿单元用于对反应气体的湿度和温度进行管理，所述的联锁保护单元用于完成对整个系统的安全控制。作为优选技术手段本文档来自技高网...

【技术保护点】
PEM燃料电池综合测试分析仪，其特征是包括：数据采集模块、控制模块、测量分析控制单元、用于对燃料电池电堆的放电管理的电子负载、PC机、LCD显示器，所述的数据采集模块用于采集PEM燃料电池、电子负载的数据并传输给所述的测量分析控制单元，所述的测量分析控制单元对各数据分析后对电子负载的工作状态、工作参数实时采集和控制并发送控制信号给所述的控制模块对PEM燃料电池的工作状态、工作参数实时采集和控制，所述的LCD显示器连接在所述的测量分析控制单元上用于显示信息，所述的测量分析控制单元通过USB接口连接至所述的PC机。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：肖铎，
申请(专利权)人：浙江大学城市学院，浙江飞神车业有限公司，永康市奕宝科技有限公司，
类型：实用新型
国别省市：