CN106469819A - 一种燃料电池参数控制系统及其工作方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种燃料电池参数控制系统，主要包括空压机、减压阀、压力表、过滤器、供气控制阀、流量计、加湿路线控制阀、加湿器、补水控制阀、补水器、手动阀、干气路线控制阀、压力传感器、温度传感器、燃料电池堆、压力传感器、背压阀、水罐，PC端控制与显示装置、氢气瓶、氮气瓶；采用本发明可以对燃料电池堆系统的单一参数进行测试，方法安全，性能稳定，在单一变量下测得燃料电池的性能参数，可以更精确、更全面地了解电堆性能。并且此燃料电池的测试反应后只生成水，不含有任何污染物，实现了污染物的零排放。本发明还提供了上述控制系统的工作方法。

Description

一种燃料电池参数控制系统及其工作方法

技术领域

本发明属于燃料电池测试领域，具体涉及一种燃料电池参数控制系统及其工作方法。

背景技术

燃料电池是将燃料的化学能直接转化成电能的装置，只发生电化学反应，没有燃烧过程。

燃料电池可以是理想的全固态机械结构，即没有可移动的部件，这样的系统将潜在的具有高可靠性和长寿命,并且燃料电池以氢气和氧气为燃料时生成水，没有污染且可以循环利用。

燃料电池具有效率高、无污染、寿命长和高可靠性等优点，可作为汽车内燃机的替代产品，也可应用于小型集中供电或分散式供电系统中。由于燃料电池直接把化学能转化成电能，因而其效率通常远远高于内燃机，是绿色环保能源，极具发展潜力和应用前景。

根据电解质的不同，燃料电池可分为磷酸盐燃料电池、质子交换膜燃料电池、碱性燃料电池、熔融碳酸盐燃料电池和固体氧化物燃料电池五大类。其中质子交换膜燃料电池可在低温工作，并且具有较高的功率密度所以在应用上很受欢迎。

在对燃料电池参数的测试中，要进行多次测试，因此要降低其他不必要因素对实验的影响。专利(CN201210028345)给出了燃料电池堆控制系统中，各种参数控制时没有设置反馈调节，这样会造成很大的误差，并且安全装置设置的也不合理，若发现问题时立即停止工作，会造成气体残余，会损坏实验设备以及对人员安全有很大危险,安全性有待提高。

因此需要设计一种技术方案，使得在燃料电池测试过程中能够实现各个参数的单一控制，不受其他因素的影响。从而提高测试精度，并有效降低测试的安全隐患。

发明内容

本发明的目的正是为了提供一种燃料电池参数控制系统及其工作方法，以实现上面所叙述的在控制其他影响因素(温度、湿度、压力以及其他参数等)不变的情况下，改变单一变量对电池堆的影响，进行燃料电池单一变量测试。

本发明通过如下技术方案实现：

一种燃料电池参数控制系统，主要包括空压机、减压阀、压力表、过滤器、供气控制阀、流量计、加湿路线控制阀、加湿器、补水控制阀、补水器、手动阀、干气路线控制阀、压力传感器、温度传感器、燃料电池堆、压力传感器、背压阀、水罐、PC端控制与显示装置、氢气瓶。

空压机依次经过减压阀、压力表、过滤器、供气控制阀与流量计连接。流量计分别经加湿路线控制阀连接加湿器、经干气路线控制阀连接压力传感器一。加湿器经补水控制阀连接补水器，加湿器还连接有手动阀。

压力传感器一、经温度传感器与燃料电池堆相连。燃料电池堆依次压力传感器二、背压阀与水罐相连，同时燃料电池堆连接PC端控制与显示装置。

氢气瓶依次经过减压阀、压力、过滤器、供气控制阀与流量计连接。也就是说，空压机、氢气瓶分别经减压阀、压力、过滤器、供气控制阀形成并联结构。

此外，该系统设有安全保护装置。该安全保护装置包括氮气瓶，氮气瓶经减压阀、压力、过滤器、供气控制阀分别与空压机、氢气瓶形成并联结构。

并且，氮气瓶依次经过减压阀、压力表、过滤器、供气控制阀与流量计连接。

本发明还提供了所述燃料电池参数控制系统的工作方法：改变气体温度、湿度或压力其中一个变量、保持其他变量不变；空气从空压机依次经减压阀、压力、过滤器、供气控制阀、流量计、加湿器、压力传感器一、温度传感器、电堆阴极进入燃料电池堆，氢气从氢气瓶依次经减压阀、压力、过滤器、供气控制阀、流量计、加湿器、压力传感器一、温度传感器、电堆阳极进入燃料电池堆；空气和氢气经加湿通路或不加湿通路，再经由压力传感器一和温度传感器进入燃料电池堆；空气和氢气进入燃料电池堆充分反应后，经压力传感器二和背压阀对水汽进行分离处理，当排出的水达到一定量时，即可将水排入水罐进行排水处理；加湿器通过补水器进行补水，通过手动阀进行排水。

在控制温度、湿度以及压力其中单一变量时，PC端控制与显示装置对单一变量进行反馈调节，使温度、湿度、压力在整个系统工作时达到稳定,由PC端控制与显示装置将单一变量数据进行记录和后续处理。

工作过程中，空气和氢气的压力控制在0.2-0.25MPa。

此外，该控制系统还设有安全保护装置，当系统运行出现错误或问题时，氮气瓶提供的氮气按照氢气和空气不加湿路线进行扫气处理。

本发明是使气体(H2和Air)在各自设定的其他变量相同的环境下，分别测出不同温度、湿度以及压力对燃料电池的性能影响。

采用本发明可以对燃料电池堆系统的单一参数进行测试，方法安全，性能稳定，在单一变量下测得燃料电池的性能参数，可以更精确、更全面地了解电堆性能。并且此燃料电池的测试反应后只生成水，不含有任何污染物，实现了污染物的零排放。

附图说明

图1是本发明一种燃料电池参数控制系统及其工作方法的总体方案流程图。

图中：1-空压机，2-减压阀，3-压力表，4-过滤器，5-供气控制阀，6-流量计，7-加湿路线控制阀，8-加湿器，9-补水控制阀，10-补水器，11-手动阀，12-干气路线控制阀，13-压力传感器一，14-温度传感器，15-燃料电池堆，16-压力传感器二，17-背压阀，18-水罐，19-PC端控制与显示装置，20-氢气瓶，21-氮气瓶。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细描述：

本发明以质子交换膜燃料电池为例，对其参数控制的系统及工作方法进行介绍，但是此具体实施例不应被视作对本发明技术方案的限制。

根据图1，本发明的燃料电池参数控制系统主要包括空压机1、减压阀2、压力表3、过滤器4、供气控制阀5、流量计6、加湿路线控制阀7、加湿器8、补水控制阀9、补水器10、手动阀11、干气路线控制阀12、压力传感器一13、温度传感器14、燃料电池堆15、压力传感器二16、背压阀17、水罐18、PC端控制与显示装置19、氢气瓶20。

如图1所示，空压机1依次经过减压阀2、压力表3、过滤器4、供气控制阀5与流量计6连接。流量计6分别经加湿路线控制阀7连接加湿器8、经干气路线控制阀12连接压力传感器一13。加湿器8经补水控制阀9连接补水器10，加湿器8还连接有手动阀11。

压力传感器一13、经温度传感器14与燃料电池堆15相连。燃料电池堆15依次压力传感器二16、背压阀17与水罐18相连，同时燃料电池堆15连接PC端控制与显示装置19。

再参照附图1，氢气瓶20依次经过减压阀、压力、过滤器、供气控制阀与流量计连接。并且，氮气瓶21依次经过减压阀、压力表、过滤器、供气控制阀与流量计连接。也就是说，空压机1、氢气瓶20、氮气瓶21分别经减压阀2、压力3、过滤器4、供气控制阀5形成并联结构。

其中，氮气瓶21所在气路作为该控制系统的安全保护装置。

本发明的工作原理和方法如下：

本发明的燃料电池参数控制系统，通过空压机1、氢气瓶20的并联结构，用阀体实现只改变气体温度、湿度或压力其中一个变量，保持其他变量不变，使气体进入燃料电池堆(氢气从电堆阳极进入，空气从电堆阴极进入)，PC端控制与显示装置19控制各个阀和传感器，由空压机1和氢气瓶20提供的气体通过各自支路上的减压阀、压力表、过滤器、流量计，经湿度控制装置(包括加湿通路、不加湿通路)控制湿度，再经由压力传感器和温度传感器进入燃料电池堆，气体进入电堆充分反应后，对水汽进行分离处理，当排出的水达到一定量时，即可将水排入水罐进行排水处理，湿度控制装置中的水通过装置内的补水器进行补水，通过手动阀进行排水。

PC端控制与显示装置19控制各个阀和传感器，由空压机1和氢气瓶20提供的气体通过各自减压阀2、压力表3(0.2-0.25MPa)、过滤器4(过滤杂质)、流量计6，经湿度控制装置(包括加湿通路、不加湿通路)控制湿度，再经由压力传感器13和温度传感器14进入燃料电池堆15，气体进入电堆充分反应后，通过压力传感器16检测回路内的压力，并由背压阀17控制压力，水汽在进行分离处理后，气体排到室外，水进入水罐18，整个控制系统采用了PC端控制与显示装置的反馈调节，使温度、湿度、压力以及其他参数在整个系统工作时达到稳定,并将数据传输到PC端控制与显示装置19进行记录和后续处理。

此外，该系统设有氮气瓶21安全保护装置，当系统运行进程出现错误或问题时，氮气瓶提供的氮气会按照氢气和空气不加湿路线进行扫气处理。

本发明在控制温度、湿度以及压力其中单一变量时，采用了PC端控制与显示装置的反馈调节，使温度、湿度、压力以及其他参数在整个系统工作时达到稳定,并将数据传输到PC端控制与显示装置进行记录和后续处理。

本发明系统的燃料电池可以作为车载电源、备用电源、家用电子产品电源等使用。也可以工作在汽车、火车、船舶等交通工具上。同时，也可应用于小型集中供电或分散式供电系统。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

本发明不限于以上对实施例的描述，本领域技术人员根据本发明揭示的内容，在本发明基础上不必经过创造性劳动所进行的改进和修改，比如氮气保护装置的使用，加湿器对温度控制等，都应该在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种燃料电池参数控制系统，其特征在于：

主要包括空压机、减压阀、压力表、过滤器、供气控制阀、流量计、加湿路线控制阀、加湿器、补水控制阀、补水器、手动阀、干气路线控制阀、压力传感器、温度传感器、燃料电池堆、压力传感器、背压阀、水罐、PC端控制与显示装置、氢气瓶；

其中，

空压机依次经过减压阀、压力表、过滤器、供气控制阀与流量计连接；流量计分别经加湿路线控制阀连接加湿器、经干气路线控制阀连接压力传感器一；加湿器经补水控制阀连接补水器，加湿器还连接有手动阀；

压力传感器一、经温度传感器与燃料电池堆相连；燃料电池堆依次压力传感器二、背压阀与水罐相连，同时燃料电池堆连接PC端控制与显示装置；

氢气瓶依次经过减压阀、压力、过滤器、供气控制阀与流量计连接；空压机、氢气瓶分别经减压阀、压力、过滤器、供气控制阀形成并联结构。

2.根据权利要求1所述的燃料电池参数控制系统，其特征在于：

该控制系统设有安全保护装置。

3.根据权利要求1或2所述的燃料电池参数控制系统，其特征在于：

该安全保护装置包括氮气瓶，氮气瓶经减压阀、压力、过滤器、供气控制阀分别与空压机、氢气瓶形成并联结构。

4.一种基于权利要求1或2或3所述燃料电池参数控制系统的工作方法，其特征在于：

控制系统改变气体温度、湿度或压力其中一个变量、保持其他变量不变；

空气从空压机依次经减压阀、压力、过滤器、供气控制阀、流量计、加湿器、压力传感器一、温度传感器、电堆阴极进入燃料电池堆，氢气从氢气瓶依次经减压阀、压力、过滤器、供气控制阀、流量计、加湿器、压力传感器一、温度传感器、电堆阳极进入燃料电池堆；

空气和氢气经加湿通路或不加湿通路，再经由压力传感器一和温度传感器进入燃料电池堆；

空气和氢气进入燃料电池堆充分反应后，经压力传感器二和背压阀对水汽进行分离处理，当排出的水达到一定量时，即可将水排入水罐进行排水处理；

加湿器通过补水器进行补水，通过手动阀进行排水。

5.根据权利要求4所述的工作方法，其特征在于：在控制温度、湿度以及压力其中单一变量时，PC端控制与显示装置对单一变量进行反馈调节，使温度、湿度、压力在整个系统工作时达到稳定,由PC端控制与显示装置将单一变量数据进行记录和后续处理。

6.根据权利要求4或5所述的工作方法，其特征在于：控制系统工作过程中，空气和氢气的压力控制在0.2-0.25MPa。

7.根据权利要求6所述的工作方法，其特征在于：该控制系统还设有安全保护装置，当系统运行出现错误或问题时，氮气瓶提供的氮气按照氢气和空气不加湿路线进行扫气处理。