[发明专利]一种多功能质子交换膜燃料电池测试台架

说明书

本发明涉及一种多功能质子交换膜燃料电池测试台架，空气供应模块，用于燃料电池空气流量、压力控制；氢气供应模块，用于燃料电池氢气流量、压力控制；加湿模块，用于燃料电池进气加湿；热管理模块，用于加湿模块中的加湿罐温度控制和电池冷却液控制；电子负载模块，用于燃料电池放电；电化学阻抗模块，用于获取燃料电池电化学阻抗谱；分区测试模块，用于燃料电池电流密度和温度分布获取；集成控制模块，用于燃料电池台架控制、数据采集、分析处理、报警保护和无线通讯。本发明实施例除了具备基本供气、控温、电压监测等功能外，还具备电化学阻抗、电流密度和温度分布获取以及无线终端通讯控制的功能。

技术领域

本发明属于燃料电池技术领域，特别是涉及一种质子交换膜燃料电池测试台架。

背景技术

质子交换膜燃料电池(PEMFC)是一种以氢能为载体将化学能转化为电能的发电装置，具有反应温度低、动态响应速度快、反应效率高、功率密度高等优点，在交通领域具有广泛的应用前景。但是，燃料电池技术领域严重的卡脖子现象大大阻碍了成本的降低和产业化推广，为进一步促进燃料电池汽车产业化，需要实现关键材料和核心技术自主化。

对燃料电池性能测试和表征是燃料电池开发中不可缺少的环节，常见的基本测试有极化曲线测试、动态工况测试，目前市面台架基本具备这两项测试功能。但是，为了充分了解燃料电池工作机制和衰退原理，需要进行更丰富的测试内容，比如：电化学阻抗谱测试，能够解析燃料电池内部不同电化学过程，从而可推断出燃料电池内部关键状态，如质子交换膜内水含量、多孔介质内部液态水含量、反应气体供给状态等，可用于燃料电池故障诊断；电流分区测试，能够解析燃料电池电流密度分布和温度分布，从而可推断出燃料电池供气分布以及反应效率。但是，目前市场上的产品不能实现上述功能，测试过程中经常出现电池电压降低，仅仅通过电压、电流、压力、流量等数据难以判断电池性能下降的原因；此外，台架采集的电压、电流、压力、流量等基本数据现在无法满足高校、科研机构的需求，因此急需一种集成上述功能的燃料电池测试台架。

发明内容

本发明的目的是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种多功能燃料电池测试台架。

本发明实例涉及了一种多功能质子交换膜燃料电池测试台架，包括：

空气供给模块，向被测试产品提供空气；

氢气供给模块，向被测试产品提供氢气

加湿模块，用于加湿空气和氢气；

热管理模块，根据电池测试需求的湿度，对加湿模块的露点温度进行控制，满足测试需求的湿度；

电子负载模块，用于恒定燃料电池的电流或恒功率加载自动控制，实现超温、欠压、超压、过流保护，实现独立散热；

电化学阻抗模块，包括激励单元和计算单元，激励单元由电路元器件组成，用于产生交流激励电流，激励电流与负载电流进行叠加，共同施加到燃料电池中，计算单元根据采集的高频电流和电压数据，利用快速傅里叶变化或小波变化信号处理办法，实现不同频率下的阻抗计算，用于燃料电池膜干、水淹现象诊断；

分区测试模块，包括印刷电路板、微型热电偶、灵敏电阻、数据采集线束，印刷电路板被分割成相互绝缘的若干分区，微型热电偶用于反推计算电池温度；

集成控制模块，包括台架控制单元、数据采集单元、分析单元、警报单元和无线通讯单元。

进一步的是，空气供给模块包括过滤器、空气质量流量控制单元、温度传感器、压力传感器、自动背压控制单元和电磁阀；

空气质量流量控制单元实现对空气流量精确控制；压力传感器和温度传感器对燃料电池阴极侧的温度和压力实时监测；自动背压控制单元对电池阴极侧入口压力进行控制。

进一步的是，氢气供给模块包括过滤器、氢气质量流量控制单元、温度传感器、压力传感器、自动背压控制单元和电磁阀；