CN105372599A - 一种具有可拓展模块的电堆自动化综合测试平台 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种具有可拓展模块的电堆自动化综合测试平台，包括为系统提供氢气、氮气的供氢模块，与供氢模块相连接的加湿模块，与被测电堆分别相连接有安全系统模块、电堆辅助模块、负载模块，所述安全系统模块分别与加湿模块、电堆辅助模块、电堆散热模块、加水模块、电控模块相连接，所述电堆辅助模块还与加湿模块、电堆散热模块、电控模块相连接，所述电堆散热模块还与电控模块、加水模块相连接，所述人机界面与电控模块相连接，能够采集、处理测试台的监测信号，为电器元件提供控制测试程序，并开放用户编程权限。本发明采用模块化设计，实现自动化控制，工作效率高，误差小，不容易造成设备的损害和危及人身安全。

Description

一种具有可拓展模块的电堆自动化综合测试平台

技术领域

本发明涉及一种电力领域的电力输出设备测试装置，尤其是涉及一种具有可拓展模块的电堆自动化综合测试平台。

背景技术

燃料电池具有清洁环保、能够持续发电、能量转化率高等优势，国家的支持力度逐渐增大，广大企业对燃料电池的研发如火如荼，燃料电池的需求迅速增加。

燃料电池在研发过程中或者在投入使用前，必须经过性能测试，基本测试内容一般包括电堆供氢量、供氢设备产氢量、氢气缓冲缸压力、阴极进出口压力及温湿度、阳极进出口压力及温湿度、冷却回路压力及温湿度等，测试结果可反映膜电极性能、碳纸性能及流路设计是否合理等，这些因素对燃料电池性能有重大影响。

目前国内所需电堆测试台主要为进口，价格昂贵，系统过于复杂操作不便。国内自行开发的燃料电池测试仪自动化程度低，需采用人工操作，即对供氢系统、电源系统、负载系统的调节都由测试人员手动完成，工作效率不高，误差也极大，也容易造成设备的损害，危及人身安全。

发明内容

本发明提供了一种具有可拓展模块的电堆自动化综合测试平台，解决了燃料电池测试的问题：

一种具有可拓展模块的电堆自动化综合测试平台，包括为系统提供氢气、氮气的供氢模块，与供氢模块相连接的加湿模块，与被测电堆分别相连接有安全系统模块、电堆辅助模块、负载模块，所述安全系统模块分别与加湿模块、电堆辅助模块、电堆散热模块、加水模块、电控模块相连接，所述电堆辅助模块还与加湿模块、电堆散热模块、电控模块相连接，所述电堆散热模块还与电控模块、加水模块相连接，所述人机界面与电控模块相连接，能够采集、处理测试台的监测信号，为电器元件提供控制测试程序，并开放用户编程权限。

所述供氢模块采用甲醇制氢、天然气制氢、电解水制氢的多氢源，内置压力传感器和高压电磁阀，用于对管路中气体进行压力检测和自动调节管路通断。

还包括为系统中各个模块供电的ACDC模块，用于将交流电转化为不同电压的直流电，为系统其他模块提供电力。

所述电堆辅助模块包括阴极回路、阳极回路、冷却回路，所述阴极回路用于实现空气过滤，利用电堆阴极输出的气体对进入电堆的空气进行加湿加热，同时能够检测阴极回路进出口温度和压力；所述阳极回路用来实现阳极气体通断，为系统提供饱和的氢气循环，同时能够检测阳极回路进入电堆的气体温度和压力；所述冷却回路能够实现冷却液的循环，具有温控功能，能使进入回路不同温度的水分别走不同的支路，同时能够检测冷却回路进入电堆的冷却液压力和温度。

所述加湿模块为供氢模块的气流提供60℃饱和加湿，并能控制加湿回路流量。

所述加水模块用于自动加注去离子水，根据系统需要配置不同的容量。

所述ACDC模块通过控制生产控制系统实现控制输出功率，并与设置的蓄电池(外接)配合，达到不间断供电功能，也能够监测电池电压，为蓄电池做智能充电。

所述安全系统模块为系统提供安全保护，设置有主动控制装置，在控制器触发时自动切断燃料、供氢及其它安全电磁阀供电。

所述电堆散热模块采用独立通风设计，为整个系统提供散热。

所述测试平台外置框架外壳，为整个系统各模块提供固定支撑，使系统具有工作地和保护地。

本发明有以下效果：

采用模块化设计，实现自动化控制；

具有可拓展性，能够采用甲醇制氢、天然气制氢、电解水制氢、纯氢储气罐等多氢源供氢；

能够根据监测微电网运行状况，根据负载大小，自动调整PCS(processcontrolsystem生产控制系统)、电堆供氢量、供氢设备产氢量、氢气缓冲缸压力等，使整个燃料电池系统达到动态平衡；

监测微电网电压，实现负载PCS自动控制；

监控电堆相关DCDC(直流转直流开关电源)输出的电流大小，电堆所处环境中的相应2个温度曲线，阳极入口和阴极入口温度，以及阀门、加热器、风扇等运行状态。

附图说明

图1是所述具有可拓展模块的电堆自动化综合测试平台的结构示意图。

具体实施方式

本发明提供的燃料电池测试系统采用系统级部件，能够模拟实际工况，采用甲醇制氢、天然气制氢、电解水制氢、纯氢储气罐等多氢源，是完整的、可扩展性强的燃料电池电堆测试系统，也是国内唯一的应用型燃料电池测试系统，提供普通的燃料电池电堆测试功能，能够研究流量、温度、负载对电堆性能的影响；而且提供与微电网智能供电的控制、与各种氢源协调工作的接口、提供CHP(combinedheatandpower热电联产技术)热交换的控制和附件。

通过与甲醇制氢、电解制氢、天然气制氢、氨制氢设备通信，通过氢气缓冲缸，使得供氢系统实时响应负载变化的需求，实现自动控制和平衡。

通过控制台界面，可以及时获取系统各环节的温度、流量和压力的监控信息，包括系统异常告警提示信息，包括可供配置的参数的输入界面等。

通过控制PCS实现控制输出功率，与蓄电池(外接)配合，达到不间断供电功能，同时也可以监测电池电压，为蓄电池做智能充电。

通过负载PCS自动控制，可以研究负载变化与整个系统前端、中端、后端的关系，以及不同系统配置的负载响应特性。

如图1所示，本发明包含一个为系统提供氢气、氮气的供氢模块，供氢模块采用甲醇制氢、天然气制氢、电解水制氢等多氢源，内置压力传感器和高压电磁阀，可对管路中气体进行压力检测，自动调节管路通断；一个ACDC(交流转直流开关电源)模块，ACDC模块从A口输入电能，能将交流电转化为不同电压的直流电，为系统中各个模块供电。

一个电堆辅助模块，电堆辅助模块主要由阴极回路、阳极回路、冷却回路组成，阴极回路用来实现空气过滤，利用电堆阴极输出的气体对进入电堆的空气进行加湿加热，同时能够检测阴极回路进出口温度和压力；阳极回路用来实现阳极气体通断，为系统提供饱和的氢气循环，同时能够检测阳极回路进入电堆的气体温度和压力；冷却回路能够实现冷却液的循环，具有温控功能，能使进入回路不同温度的水分别走不同的支路；同时能够检测冷却回路进入电堆的冷却液压力和温度。

一个加水模块，能够自动加注去离子水，根据系统需要配置不同的容量；一个安全系统模块，为系统提供安全保护，具有主动控制装置，在控制器触发时自动切断燃料、供氢及其它安全电磁阀供电；一个电堆散热模块，采用独立通风设计，为整个系统提供散热；一个加湿模块，为供氢模块的气流提供60℃饱和加湿，并能控制加湿回路流量。

一个电控模块，能够采集、处理测试台的监测信号，为电器元件提供控制测试程序，并开放用户编程权限；一个负载模块，作为系统的电子负载，能对系统进行定电流测试、定电压测试、定功率测试，研究氢气流量、温度、压力对电堆性能的影响；一个人机界面，用于操作检测台工作；一个框架外壳，为整个系统各模块提供固定支撑，具有工作地和保护地。

图中，有箭头的连接关系为气、水路连接，直线的连接为电气连接。

设备使用方法：

将加湿模块与甲醇制氢、天然气制氢、电解水制氢、纯氢储气罐等氢源中的一种进行连接，同时将电堆的输出部分与电子负载相连，接通系统电源，使系统开机，按实验需求设置系统参数；

手动测试：

1)在电堆测试台的显示屏上点击“磨合测试”按钮，执行磨合测试；

2)在电堆测试台的显示屏上点击“催化剂还原测试”按钮，执行电堆催化剂还原测试；

3)在电堆测试台的显示屏上点击“极化曲线测试”按钮，执行极化曲线测试；

4)在电堆测试台的显示屏上点击“温度灵敏度测试”按钮，执行温度灵敏度测试；

5)在电堆测试台的显示屏上点击“阳极stoic灵敏度测试”按钮，执行阳极stoic灵敏度测试；

6)在电堆测试台的显示屏上点击“阳极冲刷灵敏度测试”按钮，执行阳极冲刷灵敏度测试；

7)在电堆测试台的显示屏上点击“阴极stoic灵敏度测试”按钮，执行阴极stoic灵敏度测试；

8)在电堆测试台的显示屏上点击“阳极压力灵敏度测试”按钮，执行阳极压力灵敏度测试；

9)在电堆测试台的显示屏上点击“阴极压力灵敏度测试”按钮，执行阴极压力灵敏度测试；

10)在电堆测试台的显示屏上点击“阴极湿度灵敏度测试”按钮，执行阴极湿度灵敏度测试；

11)在电堆测试台的显示屏上点击“电堆电压稳定性测试”按钮，执行电堆电压稳定性测试；

12)在电堆测试台的显示屏上点击“启动性能测试”按钮，执行启动性能测试；

13)在电堆测试台的显示屏上点击“动态性能分析”按钮，执行动态性能分析；

14)在电堆测试台的显示屏上点击“电堆寿命测试”按钮，执行电堆寿命测试；

15)在电堆测试台的显示屏上点击“阴极气密性测试”按钮，执行阴极气密性测试；

16)在电堆测试台的显示屏上点击“阳极气密性测试”按钮，执行阳极气密性测试；

17)在电堆测试台的显示屏上点击“冷却气密性测试”按钮，执行冷却气密性测试；

18)在电堆测试台的显示屏上点击“氢气泄漏测试”按钮，执行氢气泄漏测试；

19)在电堆测试台的显示屏上点击“电气过载测试”按钮，执行电气过载测试；

20)在电堆测试台的显示屏上点击“绝缘电阻测试”按钮，执行绝缘电阻测试；

21)在电堆测试台的显示屏上点击“介电强度测试”按钮，执行介电强度测试；

22)在电堆测试台的显示屏上点击“阴极压降测试”按钮，执行阴极压降测试；

23)在电堆测试台的显示屏上点击“阳极压降测试”按钮，执行阳极压降测试；

24)在电堆测试台的显示屏上点击“冷却压降测试”按钮，执行冷却压降测试；

25)在电堆测试台的显示屏上点击“允许工作压力测试”按钮，执行允许工作压力测试；

26)在电堆测试台的显示屏上点击“阴极到阳极窜气量测试”按钮，执行阴极到阳极窜气量测试；

27)在测试台的显示屏上点击“阳极到阴极窜气量测试”按钮，执行阳极到阴极窜气量测试；

28)在测试台的显示屏上点击“冷却到阴极、阳极窜气量测试”按钮，执行冷却到阴极、阳极窜气量测试；

29)在电堆测试台的显示屏上点击“冻结/解冻循环测试”按钮，执行冻结/解冻循环测试；

程序化自动测试：

测试台具有程序化自动测试功能，内置自动测试流程，用户在测试台的显示屏上点击“自动程序测试”按钮，选择已编程的自动测试流程1～4中的一种，设备开始执行自动测试流程；

测试台为用户预留有4种用户可自编程的自动测是程序，用户可根据自己的测试需求删减测试项目或更改测试顺序。用户修改好测试程序后，点击“自动程序测试”按钮，选择用户流程5～8中的一种，设备开始执行用户自定义的自动测试流程；

整个测试过程无需工作人员记录，监测结果全部电脑记录分析，具有完整、富有弹性的测试功能，能够根据监测微电网运行状况，根据负载大小，自动调整PCS、电堆供氢量、供氢设备产氢量、氢气缓冲缸压力等，从而使整个燃料电池系统达到动态平衡。

此外，各种传感器的监测结果能够研究流量、温度、负载对电堆性能的影响，精确提供与微电网智能供电的控制，供氢模块可由各种氢源协调工作、提供CHP热交换。特别适合于燃料电池在微电网的应用研究。

测量数据和分析结果可用U盘读取，或通过以太局域网在远程读取。

本发明具有完整的、富有弹性的测试功能，能够根据监测微电网运行状况，根据负载大小，自动调整PCS、电堆供氢量、供氢设备产氢量、氢气缓冲缸压力等，使整个燃料电池系统达到动态平衡。

进一步的，能够研究流量、温度、负载对电堆性能的影响；提供与微电网智能供电的控制；与各种氢源协调工作、提供CHP热交换。特别适合于燃料电池在微电网的应用研究。

Claims (9)

1.一种具有可拓展模块的电堆自动化综合测试平台，其特征在于：包括为系统提供氢气、氮气的供氢模块，与供氢模块相连接的加湿模块，与被测电堆分别相连接有安全系统模块、电堆辅助模块、负载模块，所述安全系统模块分别与加湿模块、电堆辅助模块、电堆散热模块、加水模块、电控模块相连接，所述电堆辅助模块还与加湿模块、电堆散热模块、电控模块相连接，所述电堆散热模块还与电控模块、加水模块相连接，所述人机界面与电控模块相连接，能够采集、处理测试台的监测信号，为电器元件提供控制测试程序，并开放用户编程权限。

2.根据权利要求1所述的具有可拓展模块的电堆自动化综合测试平台，其特征在于：所述供氢模块采用甲醇制氢、天然气制氢、电解水制氢的多氢源，内置压力传感器和高压电磁阀，用于对管路中气体进行压力检测和自动调节管路通断。

3.根据权利要求1所述的具有可拓展模块的电堆自动化综合测试平台，其特征在于：还包括为系统中各个模块供电的ACDC模块，用于将交流电转化为不同电压的直流电，为系统其他模块提供电力。

4.根据权利要求1所述的具有可拓展模块的电堆自动化综合测试平台，其特征在于：所述电堆辅助模块包括阴极回路、阳极回路、冷却回路，所述阴极回路用于实现空气过滤，利用电堆阴极输出的气体对进入电堆的空气进行加湿加热，同时能够检测阴极回路进出口温度和压力；所述阳极回路用来实现阳极气体通断，为系统提供饱和的氢气循环，同时能够检测阳极回路进入电堆的气体温度和压力；所述冷却回路能够实现冷却液的循环，具有温控功能，能使进入回路不同温度的水分别走不同的支路，同时能够检测冷却回路进入电堆的冷却液压力和温度。

5.根据权利要求1所述的具有可拓展模块的电堆自动化综合测试平台，其特征在于：所述加湿模块为供氢模块的气流提供60℃饱和加湿，并能控制加湿回路流量。

6.根据权利要求1所述的具有可拓展模块的电堆自动化综合测试平台，其特征在于：所述加水模块用于自动加注去离子水，根据系统需要配置不同的容量。

7.根据权利要求1所述的具有可拓展模块的电堆自动化综合测试平台，其特征在于：所述安全系统模块为系统提供安全保护，设置有主动控制装置，在控制器触发时自动切断燃料、供氢及其它安全电磁阀供电。

8.根据权利要求1所述的具有可拓展模块的电堆自动化综合测试平台，其特征在于：所述电堆散热模块采用独立通风设计，为整个系统提供散热。

9.根据权利要求1所述的具有可拓展模块的电堆自动化综合测试平台，其特征在于：所述测试平台外置框架外壳，为整个系统各模块提供固定支撑，使系统具有工作地和保护地。