[发明专利]用于测试燃料电池堆的装置

说明书

技术领域

本发明涉及燃料电池技术应用领域，具体而言，涉及一种用于测试燃料电池堆的装置。

背景技术

燃料电池是一种环保、高效、可连续工作的发电装置。以质子交换膜燃料电池(PEMFC)为例，燃料气体从阳极侧进入，氢原子在阳极失去电子变成质子，质子穿过质子交换膜到达阴极，电子同时经由外部回路到达阴极，在阴极质子、电子与氧气结合生成水。燃料电池采用非燃烧的方式将化学能转化为电能，不受卡诺循环的限制，直接发电效率高达45％。燃料电池系统以电池堆为核心发电装置，集成了电源管理，热管理等模块，具有热、电、水、气统筹管理的特征，广泛应用于电站、移动式电源、电动汽车、航天飞船、军用装备、以及民用产品等领域。

在质子膜燃料电池运行过程中，氢气和空气的流量、温度和湿度对于燃料电池的性能和效率有很大影响。为了缩短燃料电池研发周期，提高质量和降低成本，需要测试负载条件下空气、氢气和燃料电池堆的物理参数对燃料电池性能的影响，这对于优化燃料电池运行参数，评估燃料电池使用寿命以及研究燃料电池运行及破坏机理均具有重要意义。而现有技术中，还未研发出一种用于测试燃料电池堆在运行过程中氢气和空气的流量对燃料电池性能的参数影响关系。

发明内容

本发明旨在提供一种用于测试燃料电池堆的装置，以解决现有技术中无法测试燃料电池堆在负载条件下氢气和空气流量对于燃料电池堆性能参数的对比数据。

为了实现上述目的，本发明提供了一种用于测试燃料电池堆的装置，包括：工作气体供给系统，与燃料电池相连，工作气体供给系统包括：氢气管路和空气管路；氢气管路上设有第一流量控制单元，第一流量控制单元用于检测和控制氢气的流量；空气管路上设有第二流量控制单元，第二流量控制单元用于检测和控制空气的流量；控制系统，与第一流量控制单元和第二流量控制单元分别电连接，控制系统用于收集第一流量控制单元和第二流量控制单元发出的检测信号，以记录氢气管路中的氢气流量和空气管路的空气流量。

进一步地，用于测试燃料电池堆的装置还包括加湿系统，加湿系统设置在燃料电池与工作气体供给系统之间。

进一步地，加湿系统包括：第一加湿器，设置在第一流量控制单元与燃料电池之间；第二加湿器，设置在第二流量控制单元与燃料电池之间。

进一步地，用于测试燃料电池堆的装置还包括氮气吹扫管路，氮气吹扫管路具有第一出口和第二出口，第一出口连接至第一流量控制单元与第一加湿器之间，第二出口连接至第二流量控制单元与第二加湿器之间。

进一步地，第一出口的管路上和第二出口的管路上均设置有氮气流量控制单元。

进一步地，用于测试燃料电池堆的装置还包括辅助液体管路，辅助液体管路的出口端与第一加湿器和第二加湿器均连接。

进一步地，氢气管路、空气管路和辅助液体管路均设置有常闭电磁阀，氮气吹扫管路设置有常开电磁阀，常闭电磁阀和常开电磁阀与控制系统电连接。

进一步地，用于测试燃料电池堆的装置还包括废气排放系统，废气排放系统包括：氢气尾气管路，连接至燃料电池堆的阳极反应尾气出口，用于接通燃料电池堆阳极产生的尾气；空气尾气管路，连接至燃料电池堆的阴极反应尾气出口，用于接通燃料电池堆阴极产生的尾气；第一换热器，入口与空气尾气管路连接；第二换热器，入口与氢气尾气管路连接；排水管路，分别与第一换热器的出口和第二换热器的出口连接；第一气水分离器，与第一换热器的出口连接，第一气水分离器的水路出口与排水管路连接；第二气水分离器，与第二换热器的出口连接，第二气水分离器的水路出口与排水管路连接；第一气水分离器还包括空气排放出口，空气排放出口连接有空气排放管路；第二气水分离器还包括氢气排放出口，氢气排放出口连接有氢气排放管路。

进一步地，用于测试燃料电池堆的装置还包括：氢气质量流量控制器，设置在氢气管路上，并位于第一流量控制单元下游；空气质量流量控制器，设置在空气管路上，并位于第二流量控制单元下游；氢气质量流量控制器和空气质量流量控制器分别与控制系统电连接。

应用本发明的技术方案，用于测试燃料电池堆的装置，包括：工作气体供给系统，与燃料电池相连，工作气体供给系统包括：氢气管路和空气管路；氢气管路上设有第一流量控制单元，第一流量控制单元用于检测和控制氢气的流量；空气管路上设有第二流量控制单元，第二流量控制单元用于检测和控制空气的流量；控制系统，与第一流量控制单元和第二流量控制单元分别电连接，控制系统用于收集第一流量控制单元和第二流量控制单元发出的检测信号，以记录氢气管路中的氢气流量和空气管路的空气流量。