[实用新型]质子交换膜燃料电池测试平台温度控制系统

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种燃料电池测试平台，尤其涉及一种测试质子交换膜燃料电池测试平台用的温度控制系统及其控制方法。

背景技术

当今全球能源紧张，油价高涨，寻找新能源作为化石燃料的替代品是当务之急。燃料电池被认为是继水力、火力和原子能发电后的第四代发电技术，它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，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）：1/2O₂+2H⁺+2e→H₂O

电池反应：H₂+1/2O₂→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，为了增大整个质子交换膜燃料电池的总功率，需要将多个单电池通过直叠的方式串联成电池组，又叫燃料电池电堆。在燃料电池电堆中，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。电堆通过前端板、后端板及拉杆紧固在一起。

燃料电池堆在运行时，对冷却温度要求比较高，在运行过程中一旦进入电堆的冷却水温度不能稳定的控制，则将导致电堆性能上的衰减和无法正常运行，对电堆本身造成极大的影响，需要为测试平台设计温度控制系统。

中国专利申请号为200820232029.2的实用新型涉及一种新型燃料电池冷却系统，包括燃料电池堆、水箱、冷却水泵、散热器，冷却水泵出水口连接散热器高端入水口；散热器低端出水口连接燃料电池堆；散热器高端排气口连接球阀入水箱。本实用新型的优点是燃料电池冷却系统可以使系统加水迅速，运行时可提高散热效果，使冷却水泵工作性能更可靠。缺点在于控制散热器的响应速度慢不能精确的控制冷却水的温度，温度波动较大，长时间运行燃料电池堆时性能不稳定。

中国专利申请号为201020595016.9的实用新型提供了一种质子交换膜燃料电池测试平台温度控制系统，包括燃料电池堆、与燃料电池堆连接的板式换热器、循环水箱、循环水泵、电磁阀和温控仪，电磁阀串接在外循环冷却水进水管路与板式换热器的外循环水端的进水口之间连接的管路中，电磁阀的电控部分与温控仪电连接，循环水箱中设有热电偶，热电偶用信号线与温控仪电连接。本实用新型与现有技术比较，具有以下有益效果：采用电磁阀通断方式调节外循环冷却水流量，可有效地保证燃料电池电堆运动态行过程中的温度稳定性，确保了电堆输出性能的稳定。缺点是通过电磁阀来控制外循环侧的水流量，在冷却水温度升高时才会通过控制电磁阀的开关来调节水温，这样的冷却方式不稳定，不能精确的控制冷却水温度。

以上专利的增湿方式都存在缺陷：

1.在冷却水温度超过到燃料电池堆运行要求时，才会启动系统进行冷却，系统的响应速度慢；

2.在燃料电池堆稳定运行的情况下，冷却水温度波动较大对燃料电池堆的性能有影响；

实用新型内容

本实用新型的目的是为克服现有技术的不足，提出一种在燃料电池测试平台的内外循环管路中安装液体流量控制器和热电偶，系统内部设定的板式换热器的换热量和检测出燃料电池堆运行时内循环水的温度流量和外循环水的温度反馈给温度流量控制仪控制外循环水管路上的液体流量控制器的流量，来控制内循环水的温度的控制系统和控制方法，从而控制燃料电池电堆的动态和稳态运行温度。

为实现上述目的，本实用新型通过以下技术方案予以实现：