[发明专利]质子交换膜燃料电池测试平台

说明书

技术领域

本发明涉及一种燃料电池技术领域的测试平台，尤其涉及一种针对家用的1-10KW级质子交换膜燃料电池测试平台。

背景技术

质子交换膜燃料电池(即PEMFC)，以全氟磺酸型固体聚合物作为电解质、Pt/C为催化剂，使用氢气或重整氢作为燃料，空气或氧气为氧化剂，将化学能转化为电能，是一种高效清洁的新型能源。氢气的流量，温度及湿度，空气的流量，温度及湿度，以及燃料电池反应堆本身的温度及其它物理参数对于燃料电池的正常运行和效率有着重要的影响。因此如何根据燃料电池反应过程的要求以及负载的变化，调节氢气，空气的输入，控制燃料电池堆的温度，并且在较宽的范围内测试空气，氢气以及燃料电池堆的一些物理参数对于燃料电池的影响对于燃料电池的开发有着重要意义。

经对现有技术的公开文献检索发现，针对家用的质子交换膜燃料电池，莫志军等在《计算机测量与控制》2005年13卷3期287-290页上发表的“质子交换膜燃料电池实时监测系统软件实现”，该文提出的采用PLC和VC来监测燃料电池的方法，具体方法为下位机采用PLC控制继电器和鼓风机，上位机采用VC来编制软件。其不足在于灵活性差，即只能使燃料电池堆运行起来，可调节的参数少；可监测的量少，该文中仅检测水温和压力，不能全面反映燃料电池堆的运行状况及各参数与燃料电池堆性能之间的关系；成本较高，PLC比本发明中使用的模拟量采集卡昂贵得多。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足和缺陷，提出一种质子交换膜燃料电池测试平台，使其可以测试1-10KW燃料电池堆的性能及相关参数与燃料电池堆性能之间的关系，同时测试燃料电池堆在不同的交直流负载情况下的运行状况。利用485总线的易扩展性和抗干扰性，全面地监测燃料电池堆及辅助系统的状态，具有测试量全面，测试数据精确，扩展性好，人机交互方便，成本低等优点。

本发明是通过以下技术方案来实现的，本发明包括：燃料电池辅助系统、监控系统、人机交互部分。其中：

所述的燃料电池辅助系统为1-10kW级燃料电池组提供产生电能的条件，取出1-10kW级燃料电池组产生的电能；

所述的监控系统，在燃料电池堆启动时，依据燃料电池运行的工艺条件，控制燃料电池辅助系统，为燃料电池组提供氢气和氧气，并取出燃料电池组产生的电能，在燃料电池堆运行时，依据人机交互部分设定的测试条件调整燃料电池辅助系统的各种参数，并采集燃料电池组的状态，测试燃料电池组在不同的条件的性能；在燃料电池堆停止时，依据燃料电池运行的条件，控制燃料电池辅助系统按照设定的顺序依次关闭燃料电池堆，保证燃料电池堆的安全停止；监控系统监控燃料电池组的状态，采用485总线进行数据传输，当燃料电池堆不正常时发出报警，在紧急情况下可自行关闭燃料电池堆，起到保护燃料电池堆的作用；

所述人机交互部分，提供友好的人机界面，设定监控系统的各种参数，从而设定燃料电池组运行的条件，从监控系统通过485总线得到燃料电池堆及辅助系统的状态并显示出来。

所述的燃料电池辅助系统，包括空气过滤器，高压鼓风机，空气增湿器，空气加热器，储氢瓶，氢气稳压阀，氢气入口电磁阀，氢气增湿器，氢气加热器，尾气出口电磁阀，水箱，水泵，水路加热器，换热器及冷却风扇，交流负载，直流负载。空气过滤器通过塑料管与高压鼓风机相连，高压鼓风机与空气增湿器相连，空气增湿器与空气加热器相连，空气增湿器通过塑料管与燃料电池堆相连，以上构成空气路。氢气稳压阀通过钢管与储氢瓶相连，氢气稳压阀与氢气入口电磁阀相连，电磁阀与氢气增湿器相连，氢气增湿器通过塑料管与燃料电池堆相连，电堆尾气出口电磁阀通过塑料管与燃料电池堆相连，以上构成氢气路。水箱通过塑料管与水泵相连，水泵与水路加热器相连，加热器通过塑料管与燃料电池堆相连，燃料电池堆通过塑料管与换热器及冷却风扇电池相连，换热器与水箱相连，以上构成水冷却回路。燃料电池堆电极接有两组导线，一组与直流负载相连，另一组通过DC/DC变压器及DC/AC逆变器与交流负载相连。

所述的监控系统包括蓄电池，继电器，DC/DC变压器及DC/AC逆变器，空气压力传感器，空气湿度传感器，空气温度传感器，氢气压力传感器，氢气湿度传感器，氢气温度传感器，变频器，入口水温度传感器，出口水温度传感器，直流输出电压传感器，直流输出电流传感器，交流输出电压传感器，交流输出电流传感器，模拟量采集模块，开关量输出模块，PWM驱动器，PWM输出卡，工控机。