CN115483416B - 一种sofc电堆外部温度场测试系统及方法 - Google Patents

一种sofc电堆外部温度场测试系统及方法 Download PDF

Info

Publication number
CN115483416B
CN115483416B CN202210771198.8A CN202210771198A CN115483416B CN 115483416 B CN115483416 B CN 115483416B CN 202210771198 A CN202210771198 A CN 202210771198A CN 115483416 B CN115483416 B CN 115483416B
Authority
CN
China
Prior art keywords
temperature
electric pile
air
pile
measuring
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN202210771198.8A
Other languages
English (en)
Other versions
CN115483416A (zh
Inventor
熊星宇
杨炼
武鑫
彭苏萍
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
North China Electric Power University
Original Assignee
North China Electric Power University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by North China Electric Power University filed Critical North China Electric Power University
Priority to CN202210771198.8A priority Critical patent/CN115483416B/zh
Publication of CN115483416A publication Critical patent/CN115483416A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN115483416B publication Critical patent/CN115483416B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04313—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by the detection or assessment of variables; characterised by the detection or assessment of failure or abnormal function
    • H01M8/0432—Temperature; Ambient temperature
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/10—Fuel cells with solid electrolytes
    • H01M8/12—Fuel cells with solid electrolytes operating at high temperature, e.g. with stabilised ZrO2 electrolyte
    • H01M8/124—Fuel cells with solid electrolytes operating at high temperature, e.g. with stabilised ZrO2 electrolyte characterised by the process of manufacturing or by the material of the electrolyte
    • H01M8/1246—Fuel cells with solid electrolytes operating at high temperature, e.g. with stabilised ZrO2 electrolyte characterised by the process of manufacturing or by the material of the electrolyte the electrolyte consisting of oxides
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/10—Fuel cells with solid electrolytes
    • H01M8/12—Fuel cells with solid electrolytes operating at high temperature, e.g. with stabilised ZrO2 electrolyte
    • H01M2008/1293—Fuel cells with solid oxide electrolytes
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/50—Fuel cells

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Fuel Cell (AREA)

Abstract

本发明公开了一种SOFC电堆外部温度场测试系统及方法，包括非接触式多通道测温阵列和温度场获取模块；非接触式多通道测温阵列包括温度传感器和固定装置，温度传感器固定于电堆外近表面，当为空气开放式电堆时，固定装置包括测温孔板和配气腔，测温孔板设于燃料进口侧和燃料出口侧，配气腔设于空气进口侧和空气出口侧；当为空气非开放式电堆时，固定装置包括测温孔板，测温孔板设于燃料进口侧、燃料出口侧、空气进口侧和空气出口侧；本发明保证了各温度传感点测量温度与电堆温度同步，通过测量电堆外部的温度数据并获取温度场，可对电堆外部温度场进行实时在线健康监测，还可作为检测电堆气体泄漏、电堆故障诊断及系统评估的重要依据和数据支撑。

Description

一种SOFC电堆外部温度场测试系统及方法
技术领域
本发明涉及燃料电池技术领域，更具体的说是涉及一种SOFC电堆外部温度场测试系统及方法。
背景技术
随着人类社会的快速发展，传统的化石能源日益匮乏造成了严重的能源短缺现象，此外煤碳、石油等传统能源因其能源利用率大、转换率低等问题，也对人类的生存环境造成了一定程度上的污染和破坏，因此迫切需要发展新型的绿色、环境友好、能源转换率高的清洁能源；固体氧化物燃料电池(SOFC，Solid Oxide Fuel Cell)是一种能够在高温(600-1000℃)条件下直接将化学能转化为电能的全固态固体化学燃料发电装置，因其高效清洁、燃料灵活、高运行温度等特点，已广泛应用于船舶、军事以及分布式电站等领域，是未来清洁替代能源的发展方向之一。
电堆作为固体氧化物燃料电池系统的核心组件，它是由多个单电池通过堆叠方式得到，因其高温工作的特性，高温下的热循环和不均匀的温度分布会加剧电堆的性能劣化，导致电堆产生严重的机械故障，因此准确地掌握电堆内、外部的温度分布，能够准确判断SOFC电堆的工作状态，同时掌握精确的温度分布对电堆发生气体泄漏时的预警评估、提高电堆耐久性和使用寿命以及提高SOFC系统的发电效率十分有利；特别当电堆发生气体泄漏时，电堆内、外部的温度变化时异常明显的，如何实时的获取这种温度突变是目前研究的难点。
但是，现有的温度测试手段通常是将一些温度传感器(例如热电偶)嵌入到单电池或电堆内部来研究电堆内部的温度分布，然而在实际系统中，嵌入式热电偶会破坏电堆结构且无法满足电堆气密性的要求，研究方法通常是利用节点温度数据与机器学习等算法工具的结合建立电堆温度观测器预测模型，通过SOFC系统的输入输出来预测电堆内部的温度分布，然而模型的维度和方法的复杂性导致其预测精度低且没有实验数据的对比支撑，预测结果的适应性和真实性较低。
电堆外部温度场对电堆性能的评估判断同样重要，因此，如何提供一种 SOFC电堆外部温度场测试系统及方法对电堆外部温度场进行测试及健康监测是本领域技术人员亟需解决的问题。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种SOFC电堆外部温度场测试系统及方法，通过在电堆外部近表面构建非接触式测温阵列直接测量温度值，解决高温 600-1000℃运行下SOFC电堆外部温度场测试问题，实现电堆外部温度场的实时健康监测，有利于保障电堆的安全运行和长期稳定性，测温阵列的测量温度还能有助于有效检测电堆气体泄漏问题。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种SOFC电堆外部温度场测试系统，包括：非接触式多通道测温阵列和温度场获取模块；所述非接触式多通道测温阵列，用于测量电堆外部的温度数据，所述温度场获取模块，用于对温度数据分析汇总后获取温度场；
所述非接触式多通道测温阵列包括温度传感器和固定装置，所述温度传感器通过所述固定装置固定于电堆外部，用于独立测量单个温度传感器位置点的电堆外部的温度数据；
当所述电堆为空气开放式电堆时，所述固定装置包括测温孔板和配气腔，所述测温孔板设于燃料进口侧和燃料出口侧，用于测量电堆的燃料进口侧和燃料出口侧的外部温度数据，所述配气腔设于空气进口侧和空气出口侧，用于测量电堆的空气进口侧和空气出口侧的外部温度数据；
当所述电堆为空气非开放式电堆时，所述固定装置包括测温孔板，所述测温孔板设于燃料进口侧、燃料出口侧、空气进口侧和空气出口侧，用于测量电堆的燃料进口侧、燃料出口侧、空气进口侧和空气出口侧的外部温度数据；
所述配气腔内部设有内部腔体，所述配气腔外部和所述测温孔板均设有温度传感点，所述温度传感器固定于所述温度传感点上。
优选的，当所述电堆为空气开放式电堆时，所述空气出口侧的配气腔，还用于空气热交换；所述空气进口侧的配气腔，还用于控制空气开放式电堆阴极入口流量。
优选的，所述固定装置包括固定式或滑动式。
优选的，所述温度传感点为通孔或通槽，所述通孔和所述通槽均为间距相等且大小相同。
优选的，所述温度传感器在电堆各侧面沿电堆堆叠方向布置，所述温度传感器与电堆非接触，在保证满足所述温度传感器和所述固定装置的安装空间基础上，所述温度传感器贴近所述电堆。
优选的，所述温度传感器采用耐高温材质，通过热电效应或者光电效应进行测量，所述温度传感器为可拆卸结构，用于对各个测温阵列的测温区域进行调整。
优选的，一种SOFC电堆外部温度场测试系统，还包括数据分析汇总模块，用于对所述温度数据进行分析汇总。
优选的，所述对所述温度数据进行分析汇总具体为：通过将电堆外部空间中测量得到的温度数据的点阵信息通过数据处理进行拟合，生成密度更大的温度点阵，所述温度场获取模块根据温度点阵生成温度场。
一种SOFC电堆外部温度场测试方法，包括以下步骤：
S1.通过非接触式多通道测温阵列测量电堆外部的温度数据；
S2.对所述温度数据进行分析汇总；
S3.根据分析汇总后的温度数据获取温度场。
优选的，通过将电堆外部空间中测量得到的所述温度数据的点阵信息通过数据处理进行拟合，生成密度更大的温度点阵，根据温度点阵生成温度场。
经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明公开提供了一种 SOFC电堆外部温度场测试系统及方法，与现有测试技术相比，能够取得以下有益效果：
1.本发明将温度传感器通过固定装置安装在电堆外部，构建非接触式多通道测温阵列直接测量温度数据，测温阵列位于电堆外部近表面保证了测量温度与对应电堆外部温度的一致性即实时动态响应；各温度传感点均布置独立温度传感器测量温度，每个温度传感点之间互不干扰，测量结果精度高；所构建的非接触式多通道测温阵列不会对SOFC电堆及系统结构造成干扰和破坏；
2.本发明基于SOFC电堆工作特性，可实现高温运行下电堆外部温度场的长期稳定测量；测温阵列相对于单点温度测量，提高了温度测试的空间分辨率，从而能够更直观分析电堆外部的温度分布情况；通过温度数据变化可对电堆进行外部温度场实时在线健康监测，测试的温度数据还可作为检测电堆气体泄漏、电堆故障诊断及系统评估的重要指标和数据支撑。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1附图为本发明提供的一种SOFC空气开放式电堆外部温度场测试装置示意图
图2附图为本发明实施例提供的一种SOFC空气开放式电堆外部温度场测试装置主结构图；
图3附图为本发明提供的一种SOFC空气非开放式电堆外部温度场测试装置主结构图；
图4附图为本发明提供的温控板结构示意图；
图5附图为本发明提供的配气腔结构示意图；
图6附图为本发明提供的一种SOFC电堆外部温度场测试方法示意图；
其中，1-测温孔板，2-配气腔，100-底座，200-空气开放式电堆，300-空气非开放式电堆。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明实施例公开了一种SOFC电堆外部温度场测试系统，包括：非接触式多通道测温阵列和温度场获取模块；非接触式多通道测温阵列，用于测量电堆外部的温度数据，温度场获取模块，用于对温度数据分析汇总后获取温度场；
非接触式多通道测温阵列包括温度传感器和固定装置，温度传感器通过固定装置固定于电堆外部，用于独立测量单个温度传感器位置点的电堆外部的温度数据；
当电堆为空气开放式电堆200时，如图1，固定装置包括测温孔板1和配气腔2，测温孔板1设于燃料进口侧和燃料出口侧，用于测量电堆的燃料进口侧和燃料出口侧的外部温度数据，配气腔2设于空气进口侧和空气出口侧，用于测量电堆的空气进口侧和空气出口侧的外部温度数据；
当电堆为空气非开放式电堆300时，如图3，固定装置包括测温孔板1，测温孔板1设于燃料进口侧、燃料出口侧、空气进口侧和空气出口侧，用于测量电堆的燃料进口侧、燃料出口侧、空气进口侧和空气出口侧的外部温度数据；
配气腔内部设有内部腔体，如图5，配气腔外部和测温孔板设有温度传感点，温度传感器固定于温度传感点上。
为了进一步实施上述技术方案，当电堆为空气开放式电堆时，空气出口侧的配气腔2，还用于空气热交换；空气进口侧的配气腔2，还用于控制空气开放式电堆阴极入口流量。
为了进一步实施上述技术方案，固定装置包括固定式或滑动式。
为了进一步实施上述技术方案，温度传感点为通孔或通槽，通孔间距相等且大小相同。
为了进一步实施上述技术方案，温度传感器在电堆各侧面沿电堆堆叠方向布置，温度传感器与电堆非接触，在保证满足所述温度传感器和所述固定装置的安装空间基础上，温度传感器贴近电堆。
非接触测量主要是避免连电和干扰电堆运行，选定安装距离第一首先应满足在电堆周围设置传感器固定装置的安装和电堆安装等操作空间，第二是温度传感器无限贴近电堆近表面，保证较高的灵敏度，非接触式测量的距离和传感器灵敏度有关系，越近灵敏度越高，。
为了进一步实施上述技术方案，温度传感器采用耐高温材质，通过热电效应或者光电效应进行测量，温度传感器为可拆卸结构，用于对各个测温阵列的测温区域进行调整。
为了进一步实施上述技术方案，一种SOFC电堆外部温度场测试系统，还包括数据分析汇总模块，用于对温度数据进行分析汇总。
为了进一步实施上述技术方案，对所述温度数据进行分析汇总具体为：通过将电堆外部空间中测量得到的温度数据的点阵信息通过数据处理进行拟合，生成密度更大的温度点阵，温度获取模块根据温度点阵通过作图软件生成温度场。
一种SOFC电堆外部温度场测试方法，如图6，包括以下步骤：
S1.通过非接触式多通道测温阵列测量电堆外部的温度数据；
S2.对温度数据进行分析汇总；
S3.根据分析汇总后的温度数据获取温度场。
为了进一步实施上述技术方案，通过将电堆外部空间中测量得到的温度数据的点阵信息通过数据处理进行拟合，生成密度更大的温度点阵，根据温度点阵通过作图软件生成温度场。
具体的，将温度点阵特征数据导入数据分析软件后设置相关参数可以直接获得温度场2D或3D图；也可以通过编写相关的分析程序例如普遍使用的插值分析法，导入数据运行调试后得到温度场；还可以基于机器学习建立温度场预测模型，通过电堆外侧的特征点的测量数据作为输入，选取部分数据训练模型调参后得到整个温度场的分布图。
需要说明的是：
在实际应用中，温度传感器通过束线器固定于温度传感点上，一个束线器可固定一个或多个温度传感器。
温度传感器包括K型热电偶或光纤探针，温度传感器为耐高温不锈钢或镍基合金作为外壳的热电偶或石英玻璃光纤器。
各测温孔板1和配气腔2材质均为耐高温310S钢材制成，底部均采用4 个M10螺栓与电堆底座100固定，保证高温下的连接强度以及长期稳定实验。
温度传感器为K型热电偶时，内径为1.5mm,测温探针为耐高温310S材质，测温探针与延长导线在满足实验条件的前提下均有足够长度，以减少中间环节测量误差。
束线器为空心弯管结构，内径为3mm，束线器通过螺母垫片固定在测温孔板1上，当K型热电偶测温点与电堆的距离确定之后，在束线器两端涂抹热膨胀系数大的高温胶充分固定K型热电偶，束线器设计的目的是避免K型热电偶与电堆外部发生接触导致电堆工作状态异常，也保证多通道K型热电偶在引出加热炉的同时互不干扰，保障测试结果的准确性。
K型热电偶的测温点距离电堆燃料进出口侧、空气进出口侧均为5mm，在电堆各侧面沿堆叠方向一定距离间隔布置K型热电偶，构建非接触式多通道热电偶测温阵列，以获得电堆外部全面的温度分布。
对于SOFC电堆，有交错流、共流和逆流等气体流通配置方式，当气体流通配置方式为共流时，燃料进口和燃料出口位于同一侧为一个进出口，空气进口和空气出口位于同一侧为一个进出口。
下面将进一步通过实施例来对上述内容进行说明：
实施例一
如图1，电堆类型为空气开放式交错流电堆200，温度传感器为K型热电偶，空气开放式电堆燃料进口、燃料出口为内部通道结构，外部非接触式多通道热电偶测温阵列单个温度传感点测量温度T为距离电堆一定距离的温度值，该值由保温箱加热热源产生的热辐射量Q1，电堆内部电化学反应放出的热量经内部传导所产生的热辐射量Q2共同影响决定，在热平衡状态时测量温度T可表示为：
T＝f(Q1,Q2)
保温箱加热热源单位时间、单位面积产生的热辐射量Q1计算公式为：
电堆自身单位时间、单位面积所产生的热辐射量Q2计算公式为：
其中，ελ1、ελ2为实际物体的热辐射发射率，T1为达到热平衡状态时保温箱加热热源温度，T2为温度传感点对应的电堆自身温度,C0为黑体辐射系数， S1为电加热板热辐射表面积，S2为电堆自身热辐射表面积。
测量温度T的影响参数ελ1、ελ2、T1、C0、S1和S2在系统热平衡状态下均保持恒定，T2随电堆自身发生电化学反应而时刻变化，因此测量温度T与测温点对应电堆外部温度值T2为单一正相关关系，T2升高，K型热电偶温度T 上升，T2降低，K型热电偶温度T下降。
在本实施例中，空气开放式电堆200空气出口侧、空气进口侧为开放式结构，此时非接触式多通道热电偶测温阵列单个温度传感点测量温度T为距离电堆一定距离的温度值，该值由保温箱加热热源产生的热辐射量Q1，电堆内部电化学反应放出的热量经过内部传导后所产生的热辐射量Q2，电堆空气入口处的预热空气横掠热K型热电偶测温探针管壁产生的对流换热热量Q3 共同影响决定，在热平衡状态时测量温度T为：
T＝f(Q1,Q2,Q3)
保温箱加热热源单位时间单位面积产生的热辐射量Q1为：
电堆自身单位时间单位面积产生的热辐射量Q2为：
预热空气横掠热电偶测温探针管壁产生的对流换热量Q3为：
Q3＝hπdΔt
其中：
Nu＝CRen Pr1/3
其中，ελ1、ελ2为实际物体的热辐射发射率，T1为达到热平衡状态时保温箱加热热源温度，T2为温度传感点对应的电堆自身温度,tm为定性温度，tf为流体温度，tw为K型热电偶探针管壁温度，C0为黑体辐射系数，S1为电加热板热辐射表面积，S2为电堆自身热辐射表面积，h为平均表面传热系数，d为 K型热电偶测温探针直径，Δt为温度差，u∞为预热空气流速，Re为雷诺数， Nu为平均努塞尔数，λ为空气的导热系数，C、n为常数根据雷诺数Re确定，v为运动黏度，Pr为普朗特数。
测量温度T的影响参数ελ1、ελ2、T1、tf、C0、S1、S2、d、u∞在系统热平衡状态下均保持恒定，T2随电堆自身电化学反应而时刻变化，tm、tw、Δt、Re、Nu、λ、C、n、v、Pr是影响预热空气与K型热电偶测温探针管壁进行对流换热的参数，基于K型热电偶探针位置与布置间隔及理论计算此对流换热量对测量温度T的影响远小于电堆自身的热辐射量，因此测量温度T与测温点对应电堆外部温度值T2可为单一正相关关系，T2升高，测量温度T上升，T2降低，测量温度T下降。
在本实施例中，配气腔的外侧两翼设置了测温孔板，如图2。
电堆类型为空气开放式交错流电堆200时，一种SOFC电堆外部温度场测试系统工作原理为：非接触式多通道热电偶测温阵列安装固定之后，先通过加热炉将电堆加热到指定实验温度并进行保温，此时可通过数据记录仪观察到电堆侧面热电偶多通道测温阵列所对应通道的温度数值，保温一段时间后保温箱内部达到热平衡状态，测温阵列各通道温度值将保持稳定，进行还原环境预处理之后，将预热的空气和燃料气通入电堆的阴极与阳极，由于气体进入电堆后立即发生电化学反应引起温度变化，因此根据测试方法，对于内部通道的电堆燃料进口侧、燃料出口侧的各通道温度值数据随即发生相应变化，此变化即测温阵列各温度传感点对应电堆的温度变化；对于空气开放式的电堆空气出口侧、空气进口侧配气腔2，在配气腔2内空气与K型热电偶测温探针管壁会产生对流换热，本实施所使用的K型热电偶直径为1.5mm, 分别布置在电堆底部、中部、顶部，K型热电偶之间间隔一定距离且所设计的底座空气进口槽与热电偶测温点也相隔一定距离，实验进程中预热空气的流速及进口温度均保持稳定，根据测试方法可知，预热进口空气、阴极出口气体与K型热电偶测温探针管壁之间的对流换热远小于电堆自身的热辐射量，且实验条件的流速不会对K型热电偶测温探针造成扰动，因此配气腔2 内K型热电偶的温度变化即对应电堆空气进出口外侧的温度变化。从而实现运行过程中电堆外部温度场的实验测试与健康监测。
实施例二
电堆类型为空气非开放式交错流电堆300，电堆底座10，如图3，温度传感器为K型热电偶，温度传感器固定装置为燃料进口侧的测温孔板1、空气出口侧的测温孔板1、燃料出口侧的测温孔板1和空气进口侧的测温孔板1；各测温孔板均加工有等距且大小相同的通孔与束线器连接，用于固定K型热电偶，底部通过螺栓垫片固定在电堆底座100上，底座固定处的接口为滑动以便灵活调节测温阵列与电堆外侧之间的距离。
K型热电偶通过束线器固定在燃料进口侧测温孔板1、空气出口侧测温孔板1、燃料进口侧测温孔板1、空气进口侧测温孔板1上，K型热电偶的测温点距离电堆燃料进出口侧、空气进出口侧均为5mm，在电堆各侧面沿堆叠方向一定距离间隔布置K型热电偶，构建非接触式多通道热电偶测温阵列，以获得电堆外部全面的温度分布。
空气非开放式电堆燃料进口、空气出口、燃料出口、空气进口均为内部通道结构，此时外部非接触式多通道热电偶测温阵列单个温度传感点测量温度T为距离电堆一定距离的温度值，该值由保温箱加热热源产生的热辐射量 Q1，电堆内部电化学反应放出的热量经内部传导所产生的热辐射量Q2共同影响决定，实验方案与实施例一中电堆类型为空气开放式交错流电堆，温度传感器为K型热电偶，空气开放式电堆燃料进口、燃料出口为内部通道结构时一致。
实施例三
在实施例一和实施例二的电堆外部温度传感器固定装置基础上，将K型热电偶替换为光纤探针，构建非接触式多通道光纤测温阵列，相关技术方案同实施例一和实施例二，此处不再赘叙，光纤探针测温的灵敏度高，光纤测温阵列所测温度与对应电堆外部温度值高度一致且温度响应更快。
在实际应用中，可以理解的是，本发明提供的SOFC电堆外部温度场测试方法可以应用于普遍的固体氧化物燃料电池系统中，对运行中的SOFC电堆外部温度场进行实时测试分析及健康监测。
测温阵列的固定装置与电堆底座固定，温度传感器与测温孔板固定可保证其长期测试的物理稳定性；此外，所使用的热电偶、光纤等温度传感器，测温范围宽，高温下的性能稳定，气体环境中的抗干扰能力强，长期的连续测试后仍能保证高精度及误差允许内的测量结果。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (7)

1.一种SOFC电堆外部温度场测试系统，其特征在于，包括：非接触式多通道测温阵列和温度场获取模块；所述非接触式多通道测温阵列，用于测量电堆外部的温度数据，所述温度场获取模块，用于对温度数据分析汇总后获取温度场；
所述非接触式多通道测温阵列包括温度传感器和固定装置，所述温度传感器通过所述固定装置固定于电堆外部，用于独立测量单个温度传感器位置点的电堆外部的温度数据；
当所述电堆为空气开放式电堆时，所述固定装置包括测温孔板和配气腔，所述测温孔板设于燃料进口侧和燃料出口侧，用于测量电堆的燃料进口侧和燃料出口侧的外部温度数据，所述配气腔设于空气进口侧和空气出口侧，用于测量电堆的空气进口侧和空气出口侧的外部温度数据；
当所述电堆为空气非开放式电堆时，所述固定装置包括测温孔板，所述测温孔板设于燃料进口侧、燃料出口侧、空气进口侧和空气出口侧，用于测量电堆的燃料进口侧、燃料出口侧、空气进口侧和空气出口侧的外部温度数据；
所述配气腔内部设有内部腔体，所述配气腔外部和所述测温孔板设有温度传感点，所述温度传感器固定于所述温度传感点上；
当所述电堆为空气开放式电堆时，所述空气出口侧的配气腔，还用于空气热交换；所述空气进口侧的配气腔，还用于控制空气开放式电堆阴极入口流量；
所述温度传感点为通孔或通槽，所述通孔和所述通槽均为间距相等且大小相同；
所述温度传感器在电堆各侧面沿电堆堆叠方向布置，所述温度传感器与电堆非接触，在保证满足所述温度传感器和所述固定装置的安装空间基础上，所述温度传感器贴近所述电堆。
2.根据权利要求1所述的一种SOFC电堆外部温度场测试系统，其特征在于，所述固定装置包括固定式或滑动式。
3.根据权利要求1所述的一种SOFC电堆外部温度场测试系统，其特征在于，所述温度传感器采用耐高温材质，通过热电效应或者光电效应进行测量，所述温度传感器为可拆卸结构，用于对各个测温阵列的测温区域进行调整。
4.根据权利要求1所述的一种SOFC电堆外部温度场测试系统，其特征在于，还包括数据分析汇总模块，用于对所述温度数据进行分析汇总。
5.根据权利要求4所述的一种SOFC电堆外部温度场测试系统，其特征在于，所述对所述温度数据进行分析汇总具体为：通过将电堆外部空间中测量得到的温度数据的点阵信息通过数据处理进行拟合，生成密度更大的温度点阵；所述温度场获取模块根据温度点阵生成温度场。
6.一种SOFC电堆外部温度场测试方法，基于权利要求1-5任意一项所述的一种SOFC电堆外部温度场测试系统，其特征在于，包括以下步骤：
S1.通过非接触式多通道测温阵列测量电堆外部的温度数据；
S2.对所述温度数据进行分析汇总；
S3.根据分析汇总后的温度数据获取温度场。
7.根据权利要求6所述的一种SOFC电堆外部温度场测试方法，其特征在于，通过将电堆外部空间中测量得到的所述温度数据的点阵信息通过数据处理进行拟合，生成密度更大的温度点阵，根据温度点阵生成温度场。
CN202210771198.8A 2022-06-30 2022-06-30 一种sofc电堆外部温度场测试系统及方法 Active CN115483416B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202210771198.8A CN115483416B (zh) 2022-06-30 2022-06-30 一种sofc电堆外部温度场测试系统及方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202210771198.8A CN115483416B (zh) 2022-06-30 2022-06-30 一种sofc电堆外部温度场测试系统及方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN115483416A CN115483416A (zh) 2022-12-16
CN115483416B true CN115483416B (zh) 2023-04-25

Family

ID=84423191

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202210771198.8A Active CN115483416B (zh) 2022-06-30 2022-06-30 一种sofc电堆外部温度场测试系统及方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN115483416B (zh)

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113884192A (zh) * 2021-09-27 2022-01-04 华北电力大学 一种高温固体氧化物燃料电池电堆温度测量装置
CN114623936A (zh) * 2022-03-22 2022-06-14 浙江大学 一种红外热像仪与对联热电偶联合测温的燃料电池热特性测试系统及其方法

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103698036A (zh) * 2012-09-27 2014-04-02 中国科学院上海硅酸盐研究所 大面积平板型固体氧化物燃料电池温度场分布的测量装置
CN105116339B (zh) * 2015-07-27 2018-09-21 华中科技大学 一种基于dSPACE的固体氧化物燃料电池热电特性模拟系统
CN109461950B (zh) * 2018-09-26 2021-06-08 佛山索弗克氢能源有限公司 一种sofc电池控制装置
CN110085949B (zh) * 2019-06-05 2021-01-05 华霆（合肥）动力技术有限公司 一种电池模组及电动汽车
CN210110894U (zh) * 2019-08-28 2020-02-21 江西瑞马新能源汽车制造有限公司 一种新能源汽车电池
CN111076845A (zh) * 2020-03-23 2020-04-28 南京诚朴无人机有限公司 一种反馈式无人机运行温度测量装置
CN112038671B (zh) * 2020-08-21 2022-04-12 华中科技大学 一种固体氧化物燃料电池温度分布估计方法与系统
KR20220036243A (ko) * 2020-09-15 2022-03-22 현대자동차주식회사 배터리 모듈 및 이를 포함하는 배터리 팩

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113884192A (zh) * 2021-09-27 2022-01-04 华北电力大学 一种高温固体氧化物燃料电池电堆温度测量装置
CN114623936A (zh) * 2022-03-22 2022-06-14 浙江大学 一种红外热像仪与对联热电偶联合测温的燃料电池热特性测试系统及其方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN115483416A (zh) 2022-12-16

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN108736049B (zh) 一种燃料电池内部温度和湿度在线测量系统
CN103245920B (zh) 一种燃料电池多功能在线测试印刷电路板
Guk et al. In-situ monitoring of temperature distribution in operating solid oxide fuel cell cathode using proprietary sensory techniques versus commercial thermocouples
CN110823410B (zh) 一种确定电池核心温度的方法和系统
CN102116680A (zh) 燃料电池内部温度分布测量插片
CN110186583B (zh) 基于电阻抗成像的陶瓷基复合材料高温部件温度测量方法
Lin et al. In situ measurement of temperature distribution within a single polymer electrolyte membrane fuel cell
David et al. In-fibre Bragg grating sensors for distributed temperature measurement in a polymer electrolyte membrane fuel cell
CN103018678A (zh) 一种固体氧化物燃料电池的测试系统
CN100424502C (zh) 一种对流换热系数的测试方法及其对流换热系数传感器
CN114005552A (zh) 一种易于测量堆芯温度的热管反应堆集成固态堆芯结构
CN109269682B (zh) 一种热流传感器的标定装置和标定方法
CN115483416B (zh) 一种sofc电堆外部温度场测试系统及方法
CN109326839A (zh) 一种柔性锂离子电池安全管理方法及系统
CN110057395B (zh) 燃料电池内部温湿度检测装置
CN201434852Y (zh) 测试涂料散热节能效率的评价装置
CN109471037A (zh) 一种快速测试的盐桥式热电化学电池试验台及其方法
CN116893011A (zh) 一种储能设备温度监测报警方法及其设备
CN116295621B (zh) 一种光纤式sofc多物理场测试装置及其应用方法
Xiong et al. External temperature field test and leakage fault diagnosis for SOFC stacks
CN102540099B (zh) 微型温差电池热电转换效率测试系统及方法
KR101137687B1 (ko) 태양전지 모듈의 품질 검사 장치
CN114980378B (zh) 一种电加热燃料组件热工水力实验装置
CN110376242A (zh) 一种圆柱形动力电池的比热容和径向热导率测试方法
CN110568262A (zh) 一种稳态检测保温隔热涂料的设备及方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant