[发明专利]一种用于燃料电池空气供应系统电堆阴极模拟测试装置

说明书

本发明涉及一种用于燃料电池空气供应系统电堆阴极模拟测试装置，包括壳体、空气进气管、空气排放口、循环水路、阴极容积调节腔、流阻调节器和空气消耗口，空气进气管与阴极容积调节腔设于壳体的下方，空气排放口设于壳体的上部，流阻调节器设于阴极容积调节腔的上方，流阻调节器之间设有加热件，循环水路上部设有喷洒机构。与现有技术相比，本发明根据已知燃料电池电堆所表现的静态容积、气体流阻、及所消耗氧气规律和原理进行模拟，由已知的燃料电池的参数进行快速配置，用于燃料电池系统匹配开发过程中替代真实电堆，加快匹配测试过程，提高系统开发效率。

技术领域

本发明属于燃料电池技术领域，具体涉及一种用于燃料电池空气供应系统电堆阴极模拟测试装置。

背景技术

燃料电池是通过燃料(比如氢气)发生电化学反应而直接产生电能。由于燃料电池具有效率高、零排放、运行平稳、无噪声等一系列优良性能，被视为未来汽车最有可能的动力来源，燃料电池汽车是未来汽车产业发展的趋势。燃料电池采用电化学反应将化学能转化为电能，不受卡诺循环的限制，理论效率最高可以达到80％。由于在化学反应过程中，电池内部活化极化、欧姆极化及气体浓茶扩散效应的影响，发电效率远低于80％的水平，但也高达45-50％，远高于内燃机的水平。这同时带来一个问题，即有将近50％的内能无法转换为电能被加以利用，比如一个标称75kW额定功率的电堆，在额定功率输出时效率仅为50％，那么有额外75kW的热量需要被带走。

燃料电池堆在运行过程中需要供给适当的空气，否则燃料电池电堆会因为空气不足而无法提供正确的功率，导致电堆因为缺气而产生不正常工作，损坏电堆，因此恰当的空气供应子系统对燃料电池系统工作是非常必要的。这里恰当的空气供应子系统需要对压缩机等零部件进行合理匹配和优化，并对压缩机的控制算法进行匹配和验证。在这一过程中，往往需要将已经设计好的空气子系统与电堆连接起来，进行实际运行测试，测试过程中同时需要供应氢气、提供电子负载、提供相应的冷却设施等，这使空气供应子系统匹配、优化、验证过程变得非常耗时耗能。

目前已公开的专利文献中，有不少公司提出了空气供应辅助系统的设计方案。上海新源动力有限公司专利“一种强化氢气安全排放的燃料电池空气供应系统”(公开号CN103456973A)，其特点在于环境空气经过空气供应机械之后，一部分通过加湿器进入电堆，然后再排出来；另一部分通过一个支路系统，直接对电堆尾部排出的氢气进行稀释，使得氢尾气排浓度降低，使燃料电池更加安全；另一个专利“用于氢燃料电池中空气系统的测试装置”(公开号CN204439800U)，其特点在于外部空气通过进气调节阀与空气压缩机的进气口相连；中冷器的进气口与空气压缩机口的出气口相连通；增湿器的进气口与中冷器的出气口相连通，增湿器的出气口通过管路切换阀与待测的燃料电池堆的空气进口相连通，燃料电池堆的阴极出口通过管路切换阀与所述增湿器的水汽入口相连通；还包括空气旁路通道，空气旁路通道包括串接的用于模拟电堆管阻的空气调节阀以及加湿加温器，该测试装置还具有各类的传感器，更有利于控制部分对于本发明的测试装置的控制调节。

益达科技有限责任公司的专利“用于在低负载或者冷温度操作期间调节燃料电池空气流动的系统和方法”(公开号CN102884664A)，公开了一种在燃料电池低负载及冷温度环境下，通过热管理驱动组件，改变热管理流体的流速，包括改变热管理流体在燃料电池系统内的整体供给速率和/或为热管理流体提供可选的流动路径，使得由燃料电池系统供给的热管理流体的一部分不与燃料电池堆相接触。

西南交通大学专利“基于最大净功率策略的质子交换膜燃料电池空气供应系统控制”(公开号CN103384014A)，公开了一种基于最大净功率策略的质子交换膜燃料电池空气供应系统控制，分析基于电堆运行温度、OER和负载电流之间的净输出功率最优化特征，采用一种基于有效信息的自适应粒子群优化算法求解“最优运行条件”，并根据不同负载电流下的“最优运行条件”约束范围，在滚动优化时采用基于有效信息的自适应粒子群优化算法求解最优预测控制律。