基于PLC控制的燃料电池测试平台循环水控制系统技术方案

本发明专利技术公开一种基于PLC控制的燃料电池测试平台循环水控制系统,包括一由PLC控制的循环水管路,以及一水箱,该循环水管路包括通过水箱下面的水出管路接头连接一主工作水泵,该主工作水泵启动后,水箱中循环水按水路依次经过前后级两个两位四通电磁阀到燃料电池电堆的水进接头,经过燃料电池电堆再从燃料电池电堆水出接头流出,并通过管路流进散热器的下面水进接头,经过散热器从散热器水出接头流出,再经过管路流到水箱的回水接头流回进水箱里;还包括一补水水路,去离子水水源由一补水水泵泵出,经过一个两位两通电磁阀和管路连到主工作水泵的进水口,再经主工作水泵泵出,流经上述的前级四通电磁阀的另一侧后通过管路流到水箱上的补水接头,最后补进水箱中。本发明专利技术能快速给循环水升温,同时还具有快速排水、加水的换水功能等优点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种质子交换膜燃料电池
的测试平台，尤其涉及测试用的水循环系统是独立的并由PLC控制的。
技术介绍
燃料电池是通过电催化反应将氧化剂和还原剂的化学能直接转换成电能的装置，是一种高效、安全、清洁、灵活的新型发电技术。其中的质子交换膜燃料电池因其具有效率高、能量密度大、反应温度低、无噪音、无污染等显著优点而在地面发电站、电动车和便携式电源等方面具有广泛的应用前景。燃料电池内部主要由质子交换膜、电化学反应催化剂、扩散层和双极板组成。当燃料电池工作时，其内部发生下述反应过程:反应气体在扩散层内扩散，当反应气体到达催化层时，在催化层内被催化剂吸附并发生电催化反应；阳极反应生成的质子通过质子交换膜内传递到阴极侧，电子经外电路到达阴极，同氧分子反应结合成水，同时放出热量。电极反应为:阳极(负极)=H2— 2H++2e阴极(正极):l/202+2H++2e— H2O电池反应:H2+l/202— H2O一个典型的质子交换膜燃料电池中，膜电极放在两块导电的导流极板中间，两块导流板分别是阳极燃料的导流板与阴极氧化剂的导流板，这样形成的一个燃料电池称为单电池。一块极板的两面都可以有导流槽，其中一面可以作为一个膜电极的阳极导流面，另一面又可作为另一个相邻膜电极的阴极导流面，这种极板叫做双极板。而每一块双极板本身分解后又是中间用专用铣刻刀加工的水流场，质子交换膜燃料电池工作时产生的热量就是由水流场带走的。为了增大整个质子交换膜燃料电池的总功率，通常将多个单电池通过直叠的方式串联成电池组，所以又称燃料电池电堆。而每一个电堆是通过前端板、后端板及中间的紧固连接杆将中间多个含有膜电极的双极板组装连接在一起的。燃料电池发电系统主要由燃料电池堆与电池堆支持运行系统组成。当燃料电池发电系统用作车、船等运载工具的动力系统时，燃料电池发电系统又叫做燃料电池发动机。现今的质子交换膜燃料电池常用的测试平台一般都是用单片机和应用软件组成的带有监控的测试系统。燃料电池安装到测试平台，测试系统的三个流场氢气流场、水流场、空气流场进出口分别设置了各种采集信号用的传感器，如:流量、温度、压力、湿度、电流、电压等各种模拟量的传感器。测试系统根据各种传感器的采集数据来对燃料电池的各项测试提供相关的数据参考，为产品性能评估提供依据。但是目前燃料电池在冬天气温较低情况下测试时往往会遇到电堆升温缓慢，因为常温电堆必须等循环水温度升高到30摄氏度以上，电堆才能逐步加大负载测试其相关的性能。若是检测节数不多的短堆时电堆升温慢的情况更为严重，等待的时间会更长。专利号为200810036146.6和200820114566.7质子交换膜燃料电池测试平台也谈到水路加热，但是没有涉及具体的加热方式和加热的具体控制。专利号为201020160727.3质子交换膜燃料电池测试平台，提到水进传感器、水出传感器水泵等只跟散热系统有关的介绍，而没有具体讲到水循环要加热的问题，尤其未涉及测试平台在冷天工作和循环水需要快速加温的话题。专利号为2011020595016.9和201010534064.1质子交换膜燃料电池测试平台温度控制是用温控仪控制电磁阀实现内循环和外循环的切换，它主要阐述了电堆散热后的温度动态稳定的控制，从而来实现电堆稳定的功率输出而非电堆循环水的快速加温。关于循环水如何加温从它的专利文章看只是靠电堆工作自身发热给循环水加热的。专利号为200510023727.2质子交换膜燃料电池发电系统谈到水箱里有加热装置但未阐明用的材料和相关控制器件。他的专利文章中对加热装置和水箱内水结冰冻结时如何具体的控制的方案未提过，而且对循环水的快速升温也未作详细说明。这个专利强调过三通阀的作用，主要依靠燃料电池电堆工作后产生的热量来加热的。但在气温低的冬天的话燃料电池电堆靠自身产生的热达到电堆水循环理想的工作温度点还是要经过较长的时间等待的。对于上述各个专利的相关质子交换膜燃料电池测试平台有的根本未提循环水加热问题，有的虽提到循环水加热但是侧重点不是冬天气温低时能给测试系统内水的快速升温，有的提到给循环水保温问题但是电堆升温问题没有很好的解决，还是只能依靠电堆工作时生成的热来给系统内的循环水加温。总之，上述各个质子交换膜燃料电池测试平台循环水快速升温问题均未解决。对于产品的测试都是无法做到不受季节气候环境温度的影响，生产效率无法保证。
技术实现思路
由于现有技术存在的上述问题，本专利技术的目的在于解决现有燃料电池生产工序当中电堆性能检测这一环节中电堆循环水升温慢的问题，提出了独立于主控制系统的、采用PLC控制器控制的、能快速给循环水升温的循环水控制系统，同时这个循环水控制系统还具有快速排水、加水的换水功能等优点。为实现上述目的，本专利技术通过以下技术方案予以解决:基于PLC控制的燃料电池测试平台循环水控制系统，其特征在于:包括一由PLC控制器控制的含有若干液位开关、温度传感器、带防护鞘的加热棒、水泵、电磁阀、水管、管接头的循环水管路，以及一水箱，该循环水管路包括通过水箱下面的水出管路接头连接一主工作水泵，该主工作水泵启动后，水箱中循环水按水路依次经过前后级两个两位四通电磁阀到燃料电池电堆的水进接头，经过燃料电池电堆再从燃料电池电堆水出接头流出，并通过管路流进散热器的下面水进接头，经过散热器从散热器水出接头流出，再经过管路流到水箱的回水接头流回进水箱里；还包括一补水水路，去离子水水源由一补水水泵泵出，经过一个两位两通电磁阀和管路连到所述主工作水泵的进水口，再经主工作水泵泵出，流经上述的前级四通电磁阀的另一侧后通过管路流到水箱上的补水接头，最后补进水箱中。作为本专利技术的进一步特征，所述PLC控制器包含温度检测功能模块。作为本专利技术的进一步特征，所述液位开关包括防溢水的液位开关和防水干烧液位开关。由于采用以上技术方案，本专利技术的基于PLC控制的燃料电池测试平台循环水控制 系统，其可快速加热和快速更换循环水，具有较强的实用性和通用性。附图说明下面根据附图和具体实施例对本专利技术作进一步说明:图1.循环水控制系统的PLC接线2.水箱实体结构示意3.循环水路控制示意图附图中:I不锈钢水箱、2-1水箱上循环水的补水接头、2-2水箱上循环水的回水接头(2-1和2-2做在一起构成3通接头)、3防溢水的液位开关、4温度传感器、5防水干烧液位开关、6带防护鞘的加热棒、7水箱下面的水出管路接头、8循环水的主工作水泵、9去离子水源的水出工作泵、10两位两通电磁阀、11和12两位四通电磁阀、13排水用的电磁阀后续管路、14电磁阀水出至电堆水进接头的管路、15电堆水进接头、16电堆水出接头、17燃料电池电堆、18散热器水进接头、19散热器水出接头、20散热器。具体实施例方式如图1、2、3所示，本专利技术的循环水控制系统有两个部分组成，一个是包含温度检测功能模块的PLC控制器，构成了整个水循环系统的主要核心控制部分。另一部分是含有各种型号的液位开关、温度传感器4、带防护鞘的加热棒6、水泵、电磁阀、水管、管接头等构成循环水管路主要部件及不锈钢水箱的实体。所述PLC控制核心部分，事先将编写好的PLC控制程序写入PLC。再将各种启停开关、切换开关、防溢水液位开关3、防水干烧液位开关5、温度传感器4等各个信号线连接到直流24伏本文档来自技高网...

【技术保护点】
基于PLC控制的燃料电池测试平台循环水控制系统，其特征在于：包括一由PLC控制器控制的含有若干液位开关、温度传感器、带防护鞘的加热棒、水泵、电磁阀、水管、管接头的循环水管路，以及一水箱，该循环水管路包括通过水箱下面的水出管路接头连接一主工作水泵，该主工作水泵启动后，水箱中循环水按水路依次经过前后级两个两位四通电磁阀到燃料电池电堆的水进接头，经过燃料电池电堆再从燃料电池电堆水出接头流出，并通过管路流进散热器的下面水进接头，经过散热器从散热器水出接头流出，再经过管路流到水箱的回水接头流回进水箱里；还包括一补水水路，去离子水水源由一补水水泵泵出，经过一个两位两通电磁阀和管路连到所述主工作水泵的进水口，再经主工作水泵泵出，流经上述的前级四通电磁阀的另一侧后通过管路流到水箱上的补水接头，最后补进水箱中。

【技术特征摘要】
1.基于PLC控制的燃料电池测试平台循环水控制系统，其特征在于:包括一由PLC控制器控制的含有若干液位开关、温度传感器、带防护鞘的加热棒、水泵、电磁阀、水管、管接头的循环水管路，以及一水箱，该循环水管路包括通过水箱下面的水出管路接头连接一主工作水泵，该主工作水泵启动后，水箱中循环水按水路依次经过前后级两个两位四通电磁阀到燃料电池电堆的水进接头，经过燃料电池电堆再从燃料电池电堆水出接头流出，并通过管路流进散热器的下面水进接头，经过散热器从散热器水出接...

【专利技术属性】
技术研发人员：顾荣鑫，赵伟，张超，陶少龙，张诗伟，陈凌云，徐麟，
申请(专利权)人：昆山弗尔赛能源有限公司，
类型：发明
国别省市：