CN111540931A - 一种燃料电池电堆自动活化的方法和装置 - Google Patents

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Abstract

一种燃料电池电堆自动活化的方法和装置，该方法和装置包括：电子负载、电压巡检仪、控制控制器、电堆、风机、燃料气体供给管路、燃料气体排放管辂、操控平台。因电子负载变载时，引起电堆堆温的变化，本发明通过电堆活化过程中对电堆温度的监测与控制，使电堆温度始终在适宜的温度范围内，自动执行活化工艺程序，并对活化过程中的数据信息自动进行记录。既可以应用于测试过程中的单电堆活化，也可应用于电堆产品的批量活化。本发明结构简单，既提高了生产效率，又降低了生产成本。

Description

一种燃料电池电堆自动活化的方法和装置
技术领域
本发明涉及燃料电池技术领域，具体涉及一种空冷型燃料电池电堆自动活化的方法和装置。
技术背景
燃料电池是一种能量转化装置，通过电化学反应将贮存在燃料气体和氧化剂气体中的化学能直接转化为电能，具有能量转化效率高，环境污染少的优点，有着广泛的应用前景。
燃料电池由于冷却方式的不同可以分为空气冷却燃料电池(下文简称空冷型燃料电池)与液体冷却燃料电池，因空冷型燃料电池体积小、结构简单紧凑、供电反应迅速等优点，在小功率电源(≤5KW)领域，如无人机、叉车、巡逻车、通讯电源等方面，有一定的示范应用。然而，燃料电池的核心部件电堆，在出厂前需要进行激活的，也就是电堆的活化。通常电堆的活化时间在2小时到10小时之间，生产人员要根据工艺要求来调节活化电流、调整风扇转速、控制电堆温度、记录活化过程中单体电压的变化情况，活化后的电堆要绘制电堆的性能和功率曲线。现阶段，多数企业使用的是对单电堆进行活化、人工调节参数，记录活化过程和数据的方法，这种方法投资大、生产效率低。因此在空冷型电堆活化领域尚需要一种能够自动化进行活化，并能实现批量化生产的方法和装置。
发明内容
本发明是为了克服现有活化技术效率低的缺陷，实现依据电堆的活化工艺，按步骤自动进行活化，对活化过程中不同阶段的电压、电流、电堆温度、活化时间等参数，按照设定的时间间隔进行记录。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种燃料电池自动活化方法和装置：包括电子负载、电压巡检仪、控制控制器、电堆、风机、燃料气体供给管路、燃料气体排放管路、操控平台。
所述电子负载与电堆的正负极相连，电子负载的输出功率为0-5KW。
所述电子负载，具有编辑功能，可实现恒压、恒流、恒功率工作，可手动输入活化工艺、具有暂停、继续、启动活化工艺的功能，可手动控制电子负载的工作状态，并显示电堆的电压、电流、功率、温度、时间等信息。
所述的控制器与电堆上的测温装置相连接，接收电堆的温度信号；
所述的控制器与电堆的风扇相连接，通过控制风扇的工作电流来调节风扇的转速，从而控制电堆的温度；
所述的控制器与燃料气体供给管路上的电磁阀相连接，可控制电磁阀的启、闭，并反馈状态信息；
所述的控制器与燃料气体排放管辂上的控制阀相连接，通过控制阀的启闭间接排放燃料气体；
所述的控制器与操控平台相连接，执行操控平台的控制指令，并反馈信息给操控平台；
所述的控制器与电子负载相连接，可执行电子负载手动输入的指令，并反馈信息；
所述的电压巡检仪与电堆中的单体电池上的电压采集点相连接，可巡检电堆中的相邻监测点之间的电压；
所述的电压巡检仪具有报警功能，当两个监测点之间的电压达到设定报警电压值时，发出声光警报，当两个监测点之间的电压恢复到设定报警电压值以上时，声光警报解除。
所述的电堆与风机相连接，风机通过转动为电堆提供氧化剂，并带走电堆运行时产生的热量。
所述的燃料供给管路与电堆的进气口相连接，提供电堆运行时所需要的燃料气体。
所述的燃料排放管路与电堆的出气口相连接，通过管路上控制阀可以排放电堆内的燃料气体，电磁阀与控制盒相连接；
所述的操控平台可编辑活化工艺、可显示活化各阶段的电压、电流、功率、温度和活化时间，可记录和打印活化过程中各阶段的电压、电流、功率、温度和活化时间。
本发明的有益效果：
1、通过调节风扇的转速来自动控制电堆的温度，在整个活化过程中，电堆温度一直控制在活化工艺要求的温度范围内；
2、通过电压巡检仪，实现在整个活化过程中，对单体最低电压的监控，避免在活化过程中，由于个别单体的过低，而出现单体反极的极端现象；
3、实现活化过程的自动化进行，减少了操作人员的工作量；
4、整个活化过程中的数据参数自动记录和保存，电堆的性能曲线在活化结束后可打印出来，数据资料信息易于保存和追溯；
5、便于实现批量化生产；
附图说明
用以下附图对本发明实施案例进行说明，附图中相同标号用于表示相同的元件，如下：
附图1是自动化活化方法和装置的结构示意图
附图2是批量活化装置示意图
标号说明：
1-定值减压阀
2-进口电磁阀
3-出口电磁阀
4-测温点
5-电堆
具体实施方式
以下将参照实施案例与实例试图更详细具体的说明本发明。
实施例1
如图一所示，一种自动化活化方法和装置，其特点是包括电子负载、电堆、风机、控制器、操控平台、电压巡检仪、氢气供气管路、氢气排气管路；电子负载与电堆的相连接，电压巡检仪与电堆上的单体电池相连接，氢气供给系统由氢气储罐、定值减压阀1、电磁阀2组成，氢气排气管路上设有电磁阀3，风机与控制器相连接，控制器与操控平台相连接；电堆活化工艺程序可由操控平台输入，也可由电子负载上的手动控制盘手动输入；
电堆活化过程按以下程序进行：
第一步、启动风机，以最小转速旋转，风机启动的信号反馈到操控平台上的显示屏上；
第二步、由控制器首先打开氢气供给系统上的电磁阀2，使电磁阀2处于常开状态，电磁阀2的启闭状态信号反馈到操控平台上的显示屏上；同时打开氢气排气管路上的电磁阀，对电堆阳极进行吹扫，置换出阳极流道内的空气，使阳极流道内充满氢气，吹扫1-3秒后，关闭电磁阀3，电磁阀3的启闭状态信号反馈到操控平台上的显示屏上；这时电堆的开路电压和电堆温度显示在操控平台上，通过电压巡检仪监测到的单体电池电压也显示在操控平台上，电堆的单体电压均高于设定值时，自动进行下一步；
第三步、启动电子负载，按电堆活化工艺进行活化，随着电堆的不断加载运行，电堆的温度出现上升，温度上升的信号反馈到控制器，当温度接近活化程序中的设定温度上限如55℃时，控制器发出信号，加大风机转速，使电堆温度始终保持在工艺要求的温度范围内，例如：电堆温度不超过55℃；电磁阀3在整个活化过程中，依程序的设定间歇性的启闭；整个活化过程中的电压、电流、时间、电堆温度等参数依活化工艺设定的时间间隔采样，并显示和存储在操控平台上；
第四步、活化工艺完成后，自动进行电堆性能曲线的数据点测试，测试到的数据反馈到操控平台，并自动绘制电堆的性能曲线，并打印输出。
第五步 自动执行关机程序，关闭电磁阀2、电磁阀3、消耗电堆内的残余氢气后，关闭电子负载，关闭风机。
实施例2
在实施例1的基础上，本发明提供一种可用于空冷型燃料电池批量活化的装置，如图二所示其特点是，该批量活化装置由活化架、电压巡检仪、活化控制柜，操控平台组成。活化架采用阵列多通道方式，可放置2-20个电堆，每个电堆与活化控制柜的电子负载相连，每个电堆分别配有风机和测温点，并与活化控制柜上的控制器相连接；活化控制柜是将实施例1中的控制器与电子负载集成在一起，同时设有控制区，可手动输入活化工艺并显示整个电堆的工作电压、电流、温度等信息；通过实施例2可以实现空冷型燃料电池的批量活化。
以上所述实施例仅表达了本申请的的实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本申请范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。

Claims (7)

1.一种燃料电池电堆自动活化的方法和装置：包括电子负载、电压巡检仪、控制控制器、电堆、风机、燃料气体供给管路、燃料气体排放管路、操控平台。
2.如权利要求1所述电子负载，其特征在于：电子负载与电堆的正、负极相连，电子负载的输出功率为0-5KW；具有编辑功能，具有恒压、恒流、恒功率工作模式，可手动输入活化工艺、具有暂停、继续、启动活化工艺的功能，可手动控制电子负载的工作状态，能够显示电堆的电压、电流、功率、温度和时间。
3.如权利要求1所述的控制器，其特征在于：控制器与电堆上的测温装置相连接、控制器与电堆的风机相连接、控制器与燃料气体供给管路上的电磁阀相连接、控制器与燃料气体排放管辂上的控制阀相连接、控制器与操控平台相连接、控制器与电子负载相连接。
4.如权利要求1所述的电压巡检仪，其特征在于：电压巡检仪与电堆中的单体电池的电压采集点相连接，电压巡检仪具有报警功能，当两个监测点之间的电压达到设定报警电压值时，发出声光警报，当两个监测点之间的电压恢复到设定报警电压值以上时，声光警报解除。
5.如权利要求1所述的电堆,其特征在于：电堆的输出功率不超过5000W。
6.如权利要求1所述的燃料排放管路，其特征在于：燃料排放管辂与电堆的出气口相连接，管路直径为6-10mm,管路上的电磁阀与控制器相连接。
7.如权利要求1所述的操控平台，其特征在于：可编辑活化工艺、可显示活化各阶段的电压、电流、功率、温度和活化时间，可记录和打印活化过程中各阶段的电压、电流、功率、温度和活化时间。
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