CN101373208A - 一种燃料电池测试仪 - Google Patents

Abstract

一种燃料电池测试仪，其设置有多个通道，可同时测试多个燃料电池单电池或电堆，由流量控制单元、增湿单元、信号采集单元、温控单元、放电单元等结构单元组成。流量控制单元含若干质量流量控制器分多组为每个通道配气；增湿单元由增湿器和共用的恒温油浴构成，增湿器分多组为每个通道增湿；信号采集单元由压力、温度、湿度传感器及数据采集系统组成；温控单元由恒温水槽通过外循环水路分多路给每个通道的测试单电池或电堆加热；放电单元采用主机+模块式电子负载，通过改变模块间的组合来达到不同的测试要求。本发明具有配气计量准确、温度压力控制精确、测试灵活方便、布局合理、性能可靠等特点。

Description

一种燃料电池测试仪

技术领域

本发明涉及一种燃料电池测试仪，尤其是一种多通道质子交换膜燃料电池测试装置，适用于多个单电池(或电堆)同时进行的活化、耐受性及极化曲线测试等。

背景技术

质子交换膜燃料电池具有高效、节能、低污染等特点，被视为未来汽车能源的理想选择之一。质子交换膜燃料电池在研发过程中或投入使用前，必须经过性能测试，基本测试内容一般包括极化曲线测试和耐受性测试等。测试结果可反映出膜电极性能、碳纸性能以及流场设计、电池(堆)装配是否合理等。一台测试仪一般包括流量控制单元、增湿单元、温控单元、信号采集单元、放电单元以及操作程序等。目前国内采用的燃料电池测试仪大多为进口，价格昂贵、系统复杂，许多测试功能华而不实。国内自行开发的燃料电池测试仪又过于简陋，流量控制单元多采用转子流量计，压力数据采集多采用压力表，在数据采集及测试条件控制方面存在一定缺陷。另外，市场上现有的测试仪均不具备同时测试多个单电池(或电堆)的功能。

发明内容

本发明的目的在于提供一种可同时测试多个单电池或电堆的装置，克服现有测试仪测试效率低、计量粗略及数据采集不方便等方面的缺陷。

为达到以上目的，本发明所采用的解决方案是：

本发明主要由流量控制单元、增湿单元、信号采集单元、温控单元、放电单元等组成。测试时，氢气和空(氧)气分别经流量控制单元、增湿单元至电池，发电后，尾气经汽水分离器排空。

所述的流量控制单元由多组质量流量控制器组成，每个通道使用一组，每组含3个质量流量控制器，2用1备，其中备用的质量流量控制器出口管路由三端口球阀(常闭)与经由质量流量控制器的氢气、空(氧)气出口管路连接，在氢气或空(氧)气的质量流量控制器发生故障时可启用，或在某一侧质量流量控制器量程不够时作为补充使用。质量流量控制器量程根据氢气、空气计量比以及最大测试功率设计。

所述的增湿单元由多只增湿器(例如每个通道2只)和1台恒温油浴构成，采用鼓泡增湿方式，通过控制增湿温度来达到不同的增湿度要求。增湿器大小根据氢气、空气计量比及满足一定时段连续运行所需增湿水量设计。

所述的信号采集单元由压力、温度、湿度传感器及数据采集系统组成。在氢气、空(氧)气侧单电池或电堆入口处，分别安装传感器，采集压力、温度、湿度等数据，反馈给电脑和测试仪上的显示仪表，并可通过改变操作条件来使压力、温度、湿度满足设定要求。各传感器由24V直流电源供电。数据采集系统由数据采集卡、DAQ卡等组成，将传感器的模拟信号转换成数字信号传输给电脑，同时将信号传输给显示仪表。

所述的温控单元由1台恒温水槽通过外循环水路分多路并联给每个通道的单电池或电堆加热。每条循环水路中设1只针型阀，通过调节针型阀开度来控制该通道循环水流量。

所述的放电单元为1台采用主机+模块式的电子负载，含有若干模块，可通过改变模块组合，来满足不同待测电池(堆)的测试需求。

本发明的操作程序基于Labview软件编写，可同时控制多个通道的单电池或电堆测试过程，可与质量流量控制器、恒温水槽及电子负载通讯，并能设置低端电压和电池两端压力差报警值，所有测试参数自动保存在生成的excel表格中。

由于采用了上述方案，本发明具有以下特点：具有配气计量准确、温度压力控制精确、测试灵活方便、布局合理、性能可靠等特点。测试仪除了可用于燃料电池性能、稳定性测试外，还可用于阴极或阳极气体杂质等对电池性能的影响测试，考察电池对气体中各杂质的抗毒性能等，因此多通道的测试仪可大大提高燃料电池的开发效率。

附图说明

图1为本发明燃料电池测试仪一种双通道实施例的流程示意图；

图2为本发明燃料电池性能测试仪一种实施例的数据采集及程序控制原理示意图；

图3为本发明燃料电池性能测试仪一种双通道实施例的外观示意图；

图4为本发明的实施例某500W电堆的性能测试耐受性曲线图；

图5为本发明的实施例某500W电堆的性能测试极化曲线及功率曲线图。

具体实施方式

以下结合附图所示的一种双通道实施例对本发明作进一步的说明。

图1中，1～6减压阀；7～12快速接头；13～18质量流量控制器；19～22止回阀；23～24三端口球阀；25～28三通；29～32增湿器；33～34、39～40、49～50温度传感器；35～36、41～42湿度传感器；37～38、43～44压力传感器；45～46待测电池(堆)；47恒温水槽；48恒温油浴；51电子负载；52～55针型阀；56变压器；57～60汽水分离器；61～64加热带；65～66电脑；67～72显示仪表；73急停按钮。其中，部件1、2、3、7、8、9、13、14、15、19、20、23、25、26组成流量控制单元；29、30组成增湿单元；33、34、35、36、37、38、49组成信号采集单元；47为温控单元；45、51组成放电单元；辅助的部件有52、53、56、58、59、62、63等，以上部件构成A通道，其中部件47、48、51由A、B通道共用。其余部件构成B通道。

图2为数据采集及程序控制原理图，质量流量控制器、恒温水槽通过RS232与电脑通讯；电子负载、温度传感器、湿度传感器、压力传感器等模拟信号经数据采集卡采集，通过DAQ卡与电脑通讯。

图3为一种双通道实施例的外观图，正面主体分上下两层。上层为控制面板，含显示器66、显示仪表67～72、三端口球阀23～24、针型阀(背压调节阀)52～55以及急停按钮73等；下层含电子负载51、电脑主机65和键盘等。主体左右两翼分设平台，用来放置待测电池(堆)45、46。恒温水槽47置于平台翼下。显示仪表67接收温度传感器33和压力传感器37传输过来的数据，并转换为数字信号显示，类似地，表68显示温度传感器34和压力传感器38的数据，表69显示温度传感器49的数据，表70显示温度传感器39和压力传感器43的数据，表71显示温度传感器40和压力传感器44的数据，表72显示温度传感器50的数据。所有传感器数据同时传输给电脑，在操作界面上显示。急停按钮73可关闭所有电路的总电源。

测试时，A通道氢气源由减压阀1控制，空气源由减压阀3控制，经快速接头7、9通过质量流量控制器13、15控制气体流量。正常情况下，三端口球阀处于两端关闭状态，氢气、空气分别经25、26通入增湿器中，增湿器由恒温油浴48控制温度。气体经增湿后，通过缠有加热带61、62的保温管路进入单电池。此段管路中连接有温度传感器33、34，湿度传感器35、36和压力传感器37、38。单电池的温度由恒温水槽47控制，温度值由温度传感器49采集。电池通过电子负载51放电，放电电流可由操作程序设定。测试过程中所有参数自动保存于生成的excel表中。

B通道流程与A通道所述相类似。

这里以A通道中氢气作为燃料、空气作为氧化剂的单电池测试过程为例，说明测试仪的使用方法。

将待测单电池置于图3中测试仪右侧平台上，接好氢气和空气管路、循环水管路和电路；

打开电脑65和显示器66，将急停按钮73置于开启状态，启动操作程序。将氢气、空气气源接于减压阀1、3前端，缓慢开启减压阀1、3至设定压力；

关闭针型阀52、53，设置质量流量控制器13、15的流量至设定值，待表67、68显示出一定压力值后，检查气路是否泄漏，如有泄漏，找出泄漏点并排除，如气密性完好，打开针型阀52、53，继续以下操作；

开启电子负载51，开启恒温水槽47和恒温油浴48，设定一定温度值；

按一定比例分别设质量流量控制器13、15至设定值，通过调节针型阀开度，控制管路压力保持在设定值，同时设定电子负载51的放电电流至所需值；

待水温、压力、电流稳定后，设定电压低值和压差报警值，保存数据，进行寿命测试；

如要进行极化曲线测试，可通过改变氢气、空气气量比和放电电流获得；

如发生意外故障，可迅速按下急停按钮73，自动切断所有电路，确保安全。故障排除后重新开启。

上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和应用本发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于这里的实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，对于本发明做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种燃料电池测试仪，其特征在于：其设置有可同时测试多个燃料电池单电池或电堆的多个通道，主要由流量控制单元、增湿单元、信号采集单元、温控单元、放电单元等结构单元组成。

2.如权利要求1所述的燃料电池测试仪，其特征在于：所述的流量控制单元由若干质量流量控制器组成，分多组为每个通道配气，每组中含3个质量流量控制器，其中一个作为备用，其出口管路由三端口球阀与经由质量流量控制器的氢气、空/氧气出口管路连接。

3.如权利要求1所述的燃料电池测试仪，其特征在于：增湿单元由若干增湿器和共用的一台恒温油浴组成，所述的增湿器容量根据氢气、空气计量比及满足一定时段连续运行所需增湿水量确定。

4.如权利要求1所述的燃料电池测试仪，其特征在于：所述的温控单元由1台恒温水槽通过外循环水路分多路并联给每个通道的单电池或电堆加热，每条循环水路中设1只针型阀，通过调节针型阀开度来控制该通道循环水流量。

5.如权利要求1所述的燃料电池测试仪，其特征在于：所述的放电单元为一台采用主机+模块式的电子负载，共有若干模块，可通过改变模块组合来达到不同的测试需求。

6.如权利要求1所述的燃料电池测试仪，其特征在于：所述的信号采集单元包括压力、温度、湿度传感器及数据采集系统；在氢气、空/氧气侧单电池或电堆入口处，分别安装有传感器。

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