本發(fā)明屬于燃料電池測(cè)試技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種燃料電池多參數(shù)優(yōu)化測(cè)試系統(tǒng)及工作方法。

背景技術(shù)：

燃料電池本質(zhì)上是一種直接將化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿难b置，只發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)，而沒(méi)有發(fā)生燃燒過(guò)程，因而其不受卡諾循環(huán)限制，具有高能量轉(zhuǎn)化效率，(理論上達(dá)85％以上)。燃料電池以氫氣和空氣為燃料，反應(yīng)后生成產(chǎn)物中只有水，因而可以實(shí)現(xiàn)低排放，無(wú)污染且可循環(huán)利用。燃料電池幾乎不含運(yùn)動(dòng)部件，因此噪音低。因其諸多優(yōu)點(diǎn)，所以燃料電池被作為一種新能源的載體，廣泛應(yīng)用于各種動(dòng)力系統(tǒng)。

關(guān)于燃料電池的研究因而也就成了熱點(diǎn)，其中有關(guān)燃料電池動(dòng)態(tài)性能測(cè)試及其工作方法也成為研究的重點(diǎn)。為了對(duì)電池性能全面了解，有必要對(duì)燃料電池的動(dòng)態(tài)性能進(jìn)行多次測(cè)試研究。

燃料電池自發(fā)展以來(lái)，已有堿性燃料電池、磷酸燃料電池、固體氧化物燃料電池、質(zhì)子交換膜燃料電池等諸多種類。其中，質(zhì)子交換膜燃料電池因其具有低溫啟動(dòng)快、效率高、能量密度大、噪音低和無(wú)污染等優(yōu)點(diǎn)，被認(rèn)為最有可能替代內(nèi)燃機(jī)成為下一代車用動(dòng)力裝置。

專利(CN200810300846.1)給出了質(zhì)子交換膜燃料電池加濕時(shí)多參數(shù)性能測(cè)試的途徑和方法，但沒(méi)有給出燃料電池不加濕情況下多參數(shù)性能的測(cè)試及方法，不能與加濕情況下的電池性能作對(duì)比，對(duì)燃料電池參數(shù)性能的測(cè)試還不充分，各參數(shù)性能測(cè)試的全面性還需進(jìn)一步研究。

因此需要對(duì)電池流量控制能力、供氣壓力跟隨能力、溫度響應(yīng)能力和濕度跟隨能力等諸多參數(shù)動(dòng)態(tài)性能提供更有效的測(cè)試方法，提出更具有可行性的電池動(dòng)態(tài)性能測(cè)試整體方案。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是為了全面高效測(cè)試質(zhì)子交換膜燃料電池的動(dòng)態(tài)性能參數(shù)，以便更全面了解電堆性能。并且此燃料電池的測(cè)試反應(yīng)后只生成水，不含有任何污染物，實(shí)現(xiàn)了污染物的零排放。

本發(fā)明通過(guò)如下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)：

一種燃料電池多參數(shù)優(yōu)化測(cè)試系統(tǒng)，主要包括氣瓶、減壓閥、過(guò)濾器、供氣電磁閥、干氣控制閥、加濕控制閥、加濕器、PEM燃料電池電堆。

氣瓶經(jīng)減壓閥連接過(guò)濾器，再經(jīng)供氣電磁閥并由干氣控制閥和加濕控制閥分為兩路。其中，一路經(jīng)干氣控制閥直接通入燃料電池堆，另一路經(jīng)加濕控制閥、加濕器進(jìn)入燃料電池堆。

作為優(yōu)選，在減壓閥與過(guò)濾器之間設(shè)置壓力表。

作為優(yōu)選，在供氣電磁閥與干氣控制閥之間設(shè)置流量計(jì)。

作為優(yōu)選，在進(jìn)入燃料電池之間的氣路上設(shè)置壓力傳感器一和溫度傳感器。

進(jìn)一步地，水罐經(jīng)背壓閥連接至燃料電池堆的排水區(qū)。

作為優(yōu)選，水罐上設(shè)置手動(dòng)閥一。

進(jìn)一步地，去離子水瓶經(jīng)補(bǔ)水電磁閥連接加濕器。

另外，加濕器的水箱上設(shè)有手動(dòng)閥二。

本發(fā)明還提供了上述一種燃料電池多參數(shù)優(yōu)化測(cè)試系統(tǒng)的工作方法：

氣體通過(guò)氣瓶，經(jīng)過(guò)減壓閥控制壓力，經(jīng)過(guò)濾器過(guò)濾雜質(zhì)；

供氣電磁閥打開(kāi)并控制氣體流量；

此后氣體分兩種情況進(jìn)入電堆：不加濕情況下，干氣控制閥直接控制氣體經(jīng)壓力傳感器、溫度傳感器檢測(cè)后進(jìn)入PEM燃料電池電堆；加濕情況下，氣體經(jīng)加濕控制閥、加濕器，再經(jīng)壓力傳感器、溫度傳感器檢測(cè)后進(jìn)入燃料電池堆；

氣體進(jìn)入燃料電池堆充分反應(yīng)后，反應(yīng)區(qū)內(nèi)氣體壓力經(jīng)背壓閥進(jìn)行調(diào)節(jié)。

進(jìn)一步地，對(duì)反應(yīng)后的水汽進(jìn)行分離，氣體直接排出室外，水通過(guò)水罐存儲(chǔ)。

本發(fā)明是使氣體(氫氣或空氣)在各自設(shè)定的不同流量、壓力、溫度和相對(duì)濕度等環(huán)境下分別從各自管路進(jìn)入電堆進(jìn)行反應(yīng)，分別測(cè)出不同環(huán)境下質(zhì)子交換膜燃料電池的動(dòng)態(tài)性能曲線，既可以對(duì)流量、壓力、溫度和相對(duì)濕度等單一變量進(jìn)行分析比較，又可以依各變量對(duì)電堆的影響相互之間進(jìn)行對(duì)比，得到燃料電池各環(huán)境下的性能參數(shù)。

采用本發(fā)明可以了解一種測(cè)試電堆比較系統(tǒng)、安全的方法，比較全面測(cè)得燃料電池動(dòng)態(tài)性能參數(shù)，更全面了解電堆性能。并且此燃料電池的測(cè)試反應(yīng)后只生成水，不含有任何污染物，實(shí)現(xiàn)了污染物的零排放。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明燃料電池多參數(shù)優(yōu)化測(cè)試系統(tǒng)的總體方案流程圖。

圖中：1-氣瓶，2-減壓閥，3-壓力表，4-過(guò)濾器，5-供氣電磁閥，6-流量計(jì)，7-干氣控制閥，8-加濕控制閥，9-加濕器，10-壓力傳感器一，11-溫度傳感器，12-PEM燃料電池電堆，13-壓力傳感器二，14-背壓閥，15-水罐，16-手動(dòng)閥一，17-手動(dòng)閥二，18-去離子水瓶，19-補(bǔ)水電磁閥。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述：

如圖1所示，本發(fā)明的一種燃料電池多參數(shù)優(yōu)化測(cè)試系統(tǒng)，主要包括氣瓶1、減壓閥2、過(guò)濾器4、供氣電磁閥5、干氣控制閥7、加濕控制閥8、加濕器9、PEM燃料電池電堆12。

本發(fā)明的氣瓶1可以是空氣瓶或氫氣瓶?？梢酝瓿蓪?duì)空氣或氫氣的單獨(dú)測(cè)試，未測(cè)試氣體可以直接通入燃料電池堆12的相應(yīng)極。當(dāng)然，本發(fā)明的氣路也可以有相同的兩個(gè)，分別接入燃料電池堆12的陽(yáng)極(氫氣)和陰極(空氣)，可以同時(shí)對(duì)空氣和氫氣進(jìn)行測(cè)試。以下僅以一個(gè)氣路(如圖1)進(jìn)行介紹。

氣瓶1經(jīng)減壓閥2進(jìn)入過(guò)濾器4，濾除氣體中的雜質(zhì)。再經(jīng)供氣電磁閥5并由干氣控制閥7和加濕控制閥8分為兩路。其中，干氣控制閥7直接通入燃料電池堆12的相應(yīng)極(氫氣對(duì)應(yīng)陽(yáng)極、空氣對(duì)應(yīng)陰極)，加濕控制閥8經(jīng)加濕器9進(jìn)入燃料電池堆12的相應(yīng)極。

作為優(yōu)選，在減壓閥2與過(guò)濾器4之間設(shè)置壓力表3，檢測(cè)供氣壓力。

作為優(yōu)選，在供氣電磁閥5與干氣控制閥7(加濕控制閥8)之間設(shè)置流量計(jì)6，檢測(cè)供氣流量。

在進(jìn)入燃料電池12之間的氣路上設(shè)置壓力傳感器一10和溫度傳感器11，對(duì)進(jìn)入燃料電池堆12反應(yīng)區(qū)的氣體壓力、溫度進(jìn)行測(cè)量。

進(jìn)一步地，水罐15經(jīng)背壓閥14連接至燃料電池堆12的排水區(qū)。作為優(yōu)選，水罐15上設(shè)置手動(dòng)閥一16，可手動(dòng)對(duì)水罐15進(jìn)行排水。

進(jìn)一步地，去離子水瓶18經(jīng)補(bǔ)水電磁閥19連接加濕器9，可以對(duì)加濕器9進(jìn)行補(bǔ)水操作。另外，加濕器9的水箱上設(shè)有手動(dòng)閥二17，可以進(jìn)行手動(dòng)排水操作。

本發(fā)明的一種燃料電池多參數(shù)優(yōu)化測(cè)試系統(tǒng)的工作方法描述如下：

氣體通過(guò)氣瓶1(空氣也可以通過(guò)空壓機(jī)供給)供給，經(jīng)過(guò)減壓閥2控制壓力表3指示在0.2-0.25MPa范圍內(nèi)，經(jīng)過(guò)濾器4過(guò)濾掉小顆粒氣體雜質(zhì)；供氣電磁閥5打開(kāi)并根據(jù)流量計(jì)6指示數(shù)值控制氣體流量；此后氣體分兩種情況進(jìn)入電堆：不加濕情況下干氣控制閥7直接控制氣體經(jīng)壓力傳感器10、溫度傳感器11檢測(cè)后進(jìn)入PEM燃料電池電堆12(氫氣從電堆陽(yáng)極進(jìn)入，空氣從電堆陰極進(jìn)入)，加濕情況下氣體經(jīng)加濕控制閥8、加濕器9(鼓泡和噴淋兩種方式)，再經(jīng)壓力傳感器10、溫度傳感器11檢測(cè)后進(jìn)入燃料電池堆12，氣體進(jìn)入燃料電池堆12充分反應(yīng)后，壓力傳感器13檢測(cè)反應(yīng)區(qū)內(nèi)氣體壓力，經(jīng)背壓閥14進(jìn)行壓力調(diào)節(jié)控制，最后對(duì)反應(yīng)后的水汽進(jìn)行分離，氣體直接排出室外，水通過(guò)水罐15存儲(chǔ)，當(dāng)水量達(dá)到一定高度后，可通過(guò)手動(dòng)閥16排水。其中，當(dāng)加濕器9水箱液位低于最低液位時(shí)，補(bǔ)水電磁閥19可從去離子水瓶18中抽水及時(shí)補(bǔ)水，當(dāng)然，當(dāng)加濕器9中需要排水時(shí)，也可通過(guò)手動(dòng)閥17實(shí)現(xiàn)。

另外，此系統(tǒng)還設(shè)有保護(hù)裝置，當(dāng)系統(tǒng)出錯(cuò)時(shí)，將氣瓶1替換為氮?dú)馄?，開(kāi)啟減壓閥2、供氣電磁閥5、干氣控制閥7，氮?dú)鈺?huì)按照,不加濕路線對(duì)燃料電池堆反應(yīng)區(qū)殘留空氣、氫氣進(jìn)行自動(dòng)掃氣。

本發(fā)明系統(tǒng)的燃料電池可以作為便攜電源、小型移動(dòng)電源、車載電源、備用電源等使用。也可以工作在汽車、火車、船舶等交通工具上。同時(shí)，燃料電池生成的電還可供車載其它電器設(shè)備使用，用于駕駛室制冷、座椅加熱、音響等。

對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言，顯然本發(fā)明不限于上述示范性實(shí)施例的細(xì)節(jié)，而且在不背離本發(fā)明的精神或基本特征的情況下，能夠以其他的具體形式實(shí)現(xiàn)本發(fā)明。因此，無(wú)論從哪一點(diǎn)來(lái)看，均應(yīng)將實(shí)施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本發(fā)明的范圍由所附權(quán)利要求而不是上述說(shuō)明限定，因此旨在將落在權(quán)利要求的等同要件的含義和范圍內(nèi)的所有變化囊括在本發(fā)明內(nèi)。不應(yīng)將權(quán)利要求中的任何附圖標(biāo)記視為限制所涉及的權(quán)利要求。

此外，應(yīng)當(dāng)理解，雖然本說(shuō)明書按照實(shí)施方式加以描述，但并非每個(gè)實(shí)施方式僅包含一個(gè)獨(dú)立的技術(shù)方案，說(shuō)明書的這種敘述方式僅僅是為清楚起見(jiàn)，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)將說(shuō)明書作為一個(gè)整體，各實(shí)施例中的技術(shù)方案也可以經(jīng)適當(dāng)組合，形成本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解的其他實(shí)施方式。

本發(fā)明不限于以上對(duì)實(shí)施例的描述，本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)本發(fā)明揭示的內(nèi)容，在本發(fā)明基礎(chǔ)上不必經(jīng)過(guò)創(chuàng)造性勞動(dòng)所進(jìn)行的改進(jìn)和修改，比如干氣控制閥、加濕器的選擇設(shè)置等，都應(yīng)該在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。