[发明专利]中小功率质子交换膜燃料电池测试系统

说明书

技术领域：

本发明涉及到一种燃料电池测试系统，尤其涉及一种中小功率质子交换膜燃料电池测试系统。

背景技术：

随着不可再生资源频频告急，越来越多的国家提出“绿色能源新计划”，寻求能源新动力。燃料电池与传统能源相比，具有极高的能量装换效率，可从其他再生资源中提取氢，使用无污染等特点。为此，全世界许多国家投入大量的人力和财力去开发研究。

燃料电池一般分为碱性燃料电池，磷酸燃料电池，熔融碳酸盐燃料电池，固体氧化物燃料电池，质子交换膜燃料电池及直接甲醇燃料电池等。其中质子交换膜燃料电池属于低温燃料电池，近年发展迅速。质子交换膜燃料电池是以全氟磺酸型离子交换膜为电解质，以Pt/C为电催化剂，氢气或重整气为燃料，空气或氧气为氧化剂，将化学能直接转为电能的装置。工作时向阳极供给燃料，向阴极供给氧化剂。氢在阳极分解成正离子H⁺和电子e^-。氢离子穿过质子交换膜进入阴极中，而电子则沿外部电路移向阴极。用电的负载就接在外部电路中。在阴极上，空气中的氧同电解液中的氢离子吸收电子形成水。这正是水的电解反应的逆过程。利用这个原理，燃料电池便可在工作时源源不断地向外部输电，所以也可称它为一种″发电机″。

因为燃料电池本身是一个非常复杂的物理化学过程，其输入输出也是不同类型的物理量，所以燃料的物理状态：温度，湿度，纯度，压力等，电气负载，热负荷以及周围环境的条件都会影响燃料电池的工作状态。因此一个实用的燃料电池，必须具备精确检测和控制这些物理量的性能。即燃料电池系统是研究生产氢能源-燃料电池的必备设备，能方便获得燃料电池理化性能和产品参数。而现有的测试系统存在可调节的参数少，成本高，安全性差等问题。

发明内容：

本发明针对目前技术存在的不足和缺陷，提供一种用于给中小型功率质子交换膜燃料电池进行测试的系统。本发明具有较大的灵活性，可根据实验要求控制多种运行参数，测量结果准确，操作简单，安全可靠，可满足中小型功率质子交换膜燃料电池性能测试的需要。

为实现上述目的，本发明提供一种中小功率燃料电池测试系统，其采用如下设计方案：

一种质子交换膜燃料电池测试系统，包括系统控制模块，电堆组件模块，阳极气体供应模块，阴极气体供应模块，水管理模块，电流采集模块，数据监测模块。

该系统首先由阴极气体供应模块通过水管理模块进行增湿处理后，与阳极气体供应模块分别向电堆组件模块供应气体，系统控制模块、电流采集模块、数据检测模块分别对需要测试的燃料电池电堆进行整体的实时监控，包括电流、单片电压和总电压，反应气体的温度，湿度，压力以及氢气尾气的脉冲释放、散热风扇的开启和关闭等；以及测试过程中对各种性能参数的数据采集。

其中所述的系统控制模块根据燃料电池的运行条件，按照程序设定的模式总体控制测试设备的各种状态。其包含有燃料电池电堆温度的控制装置和温度探头，实时感应被测电堆的实体温度情况，并将探测到的温度信号转化为电信号反馈回系统控制模块，总系统会根据得到的反馈信号和系统设定的温度上限值，向燃料电池电堆散热用风扇的控制装置下达指令，该装置会根据电堆的实时温度控制散热风扇的开启和关闭以及调节其开启度，实现整体系统的散热控制。该系统还包括燃料电池氢气尾气脉冲释放的控制装置，根据系统程序设定情况控制氢气尾气脉冲释放，还可根据需要设定脉冲释放的时间。还包括后台程序运行和计算机联网监控装置，对整体测试系统设定运行程序，并将所有数据存档于数据库中以备研究使用。

其中所述的电堆组件模块包括质子交换膜燃料电池，燃料电池支撑装置，电堆与支撑台之间放置供电堆运行过程中散热的风扇。该风扇与燃料电池电堆之间要进行严格的密封，保证风扇的散热效率，其所用风扇的规格型号需根据燃料电池功率的大小进行选择。此模块还包括阴极、阳极气体进出的气体通路接口，燃料电池电堆测温点等，与其他模块进行衔接组合。

所述的阳极气体供应模块包含有氢气减压阀，氢气转子流量计，气体压力检测仪，热电偶测温仪，手动放氢阀，电磁阀，氢气尾气积水装置以及氮气吹扫支路，氮气吹扫支路通过三通接头与氢气供应管路连接。接收系统控制模块下达的数据信号，通过电磁阀控制氢气的供应压力和流量，保证测试过程中所需的氢气供应，并在接通氢气之前先开启氮气吹扫之路进行气路内的气体吹扫，保证供应气体的纯度提高安全系数。