CN116893352B - 一种固体氧化物燃料电池测试平台及测试方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提出一种固体氧化物燃料电池测试平台及测试方法，属于固体氧化物燃料电池技术领域；其技术方案要点是：包括燃气供应模块、电堆安装模块、空气供应模块、电气模块、尾气处理和换热模块、保温材料测试模组和电堆连接组件，电堆连接组件用于连通多个电堆；本发明设有电堆连接组件，能够连通多个电堆来进行电堆的测试，使得测试平台的电堆检测效率提高，其次，还设有保温材料测试模组，对电堆以外的零部件能够起到测试的效果，进而增强了测试平台的实用性。
Description
技术领域
本发明涉及固体氧化物燃料电池技术领域，具体涉及一种固体氧化物燃料电池测试平台及测试方法。
背景技术
燃料电池电堆是一种由多个单电池串联组成的发电装置，其是通过将燃料所具有的化学能转换成电能的，因此，燃料电池电堆不受卡诺循环效应的限制，发电效率高，另外，燃料电池电堆具有低排放和噪声低的优点，因此，燃料电池被广泛地应用于汽车行业、能源发电、船舶工业、航空航天、家用电源等行业。
在燃料电池电堆组装成型后，需要对燃料电池电堆的性能进行测试，以确保燃料电池电堆具有良好的性能，从而确保燃料电池电堆具备出厂的标准，完成燃料电池电堆生产的最后一步。因此，测量燃料电池电堆的性能是燃料电池电堆出厂前的检验过程中的重要环节之一。
目前，测试燃料电池电堆的性能通常是将一个燃料电池电堆放置在测试装置中进行测试，但是，在对燃料电池电堆进行测试时，现有的燃料电池只能测试一个燃料电池电堆，使得检测效率低；此外，现有的燃料电池电堆测试装置均用于测试电堆的性能，对于其他部件缺乏相应的测试效果，从而使燃料电池电堆测试装置的实用性降低。
发明内容
本发明的目的是一种固体氧化物燃料电池测试平台及测试方法，以解决背景技术提出的问题。为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：包括分别各自设有移动支架的燃气供应模块、电堆安装模块、空气供应模块和电气模块，所述燃气供应模块、所述空气供应模块和所述电气模块分别与所述电堆安装模块连接，所述空气供应模块上还连接有尾气处理和换热模块，连通所述电堆安装模块的管道表面均设有保温材料测试模组，所述电堆安装模块包括电堆连接组件，所述电堆连接组件用于连通多个电堆。
进一步，所述燃气供应模块包括通过管道依次连通的管道燃气接口、球阀、第一流量计、脱硫器、第一止回阀、第一电加热器、重整器和第二电加热器；所述第二电加热器连通所述电堆安装模块，所述脱硫器和所述重整器前后的管道上安装有筛网；还包括依次连通的净水设备、去离子水蠕动泵和蒸汽发生器，所述蒸汽发生器接入所述第一止回阀与所述第一电加热器之间的管道上；所述重整器前后安装有管道补偿器；所述管道补偿器为波纹管补偿器、套筒补偿器、方形补偿器中的一种
进一步，所述空气供应模块包括通过管道依次连接的鼓风机、第二流量计、第一热交换器和第三电加热器，所述第三加热器连通所述电堆安装模块。
进一步，所述尾气处理和换热模块包括用管道依次连接的燃气尾气燃烧器、所述第一热交换器和烟气冷却器；所述燃气尾气燃烧器连通所述电堆安装模块，所述燃气尾气燃烧器嵌入到所述第一热交换器的下部，所述烟气冷却器可连通外界水管。
进一步，所述电气模块包括立式控制柜、安装于立式控制柜内部的PLC控制器、与所述PLC控制器连接的数据采集单元、移动终端和电子负载，所述数据采集单元、所述移动终端和所述电子负载均安装于所述立式控制柜内部，所述电子负载通过导线与所述电堆安装模块连接。
进一步，所述保温材料测试模组安装于电堆安装模块与空气供应模块之间的管道上，包括包裹于所述管道外侧的保温层，所述管道内部和所述保温层的内外侧均设有热电偶。
进一步，电堆安装模块包括安装于所述移动支架顶板上的电堆保温罩，所述电堆保温罩内安装有多个电堆，所述电堆上设有正负极接线柱；多个所述电堆的燃气进出口和空气进出口分别通过所述电堆连接组件连通；所述电堆连接组件连通所述燃气尾气燃烧器和所述第二电加热器；所述正负极接线柱均穿出所述顶板且所述正负极接线柱均与所述电气模块连接。
进一步，所述电堆可设有两个，所述电堆连接组件包括第一流体歧管，所述第一流体歧管内部设有四条第一气道，每条所述第一气道均为Y型气道，所述Y型气道的两上端口分别各自连接两个所述电堆的同类型进出口，四条所述第一气道的下端口分别为两个组合的所述电堆总的第一燃气进口、第一燃气出口、第一空气进口、第一空气出口；所述第一燃气进口连通所述燃气供应模块，所述第一空气进口连通所述空气供应模块，所述第一燃气出口和所述第一空气出口分别连通所述尾气处理和换热模块。
进一步，所述电堆可设为四个，呈上下两两堆叠式分布，所述电堆连接组件还包括第二流体歧管，所述第二流体歧管上设有四个通气孔，所述四个通气孔分别与所述第一流体歧管上的一组四个不同类的上端口对齐；所述第二流体歧管上还设有各自连通所述四个通气孔的分气管，所述第二流体歧管设为四个，下方的两个所述第二流体歧管分别固接于所述第一流体歧管和下方的两个所述电堆之间，上方的两个所述第二流体歧管分别固接于同一竖直方向的两个所述电堆之间；同一竖直方向的同类型所述分气管分别各自连通，上方的所述第二流体歧管的四个所述通气孔的下端口密封，上端口分别连通上方所述电堆的空气进出口与燃气进出口。
进一步，所述电堆可设为四个，呈水平两两排列式分布，所述电堆连接组件包括第三流体歧管，所述第三流体歧管内部设有四条第二气道，每条所述第二气道均设有Y-Y型气道，所述Y-Y型气道的四个上端口分别各自连接四个所述电堆的同类型进出口，四条所述第二气道的下端口分别为四个组合的所述电堆总的第二燃气进口、第二燃气出口、第二空气进口、第二空气出口；所述第二燃气进口连通所述燃气供应模块，所述第二空气进口连通所述空气供应模块，所述第二燃气出口和所述第二空气出口分别连通所述尾气处理和换热模块。
本发明的另一种目的在于提供一种固体氧化物燃料电池测试平台的测试方法；包括以下步骤：
步骤一:将多个电堆通过电堆连接组件安装在电堆保温罩内部，并在所述电堆与所述电堆连接组件的连接处用耐高温密封胶密封、固定；
步骤二:用母线将所述电堆串联或并联起来，随后用耐高温导线将电堆安装模块与电子负载连接；
步骤三:确认所述电堆、所述耐高温导线安装无误后，自上往下安装所述电堆保温罩，先向所述电堆通入氮气将管道内的空气吹扫干净，然后向所述电堆通入天然气、热空气，启动固体氧化物燃料电池测试平台；由于所述电堆未发电，所以富余的天然气将在燃气尾气燃烧器中燃烧干净；
步骤四:当所述电堆升温至650℃时，启动所述电子负载，开始对各个所述电堆进行电化学性能测试；
步骤五:在所述电堆升温测试前和降温后，观察所述电堆安装模块外部的被测试的管道的蠕变情况，目的是了解部件的耐高温性能；所述电堆升温过程中，测试重整器前后的气体成分，目的是了解重整催化剂的性能。
与现有技术相比，本发明的有益效果：
本发明设有电堆连接组件，能够连通多个电堆来进行电堆的测试，使得测试平台的电堆检测效率提高，其次，还设有保温材料测试模组，对电堆以外的零部件能够起到测试的效果，进而增强了测试平台的实用性。
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一些实施例，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，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为测试平台的整体结构示意图；
图2为燃气供应模块的结构示意图；
图3为电堆安装模块的结构示意图；
图4为空气供应模块和尾气处理和换热模块的结构示意图；
图5为电气模块的结构示意图；
图6为保温材料测试模组的结构示意图；
图7为两个电堆的连接结构示意图；
图8为四个电堆的连接结构示意图；
图9为四个电堆的另一连接结构示意图。
其中：1、燃气供应模块；11、净水设备；12、蒸汽发生器；13、脱硫器；14、第一电加热器；15、重整器；16、第二电加热器；2、电堆安装模块；21、电堆保温罩；22、电堆；23、电堆连接组件；231、第一流体歧管；232、第二流体歧管；233、第三流体歧管；234、Y型气道；235、Y-Y型气道；236、分气管；24、绝缘垫片；25、正负极接线柱；26、电加热丝；3、空气供应模块；31、鼓风机；32、第一热交换器；33、第三电加热器；4、电气模块；41、电子负载；42、移动终端；43、数据采集单元；44、立式控制柜；5、尾气处理和换热模块；51、燃气尾气燃烧器；52、烟气冷却器；61、保温层；62、热电偶。
具体实施方式
为更进一步阐述本发明为实现预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明的具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如后。
实施例：请参考图1-9，一种固体氧化物燃料电池测试平台，包括分别各自设有移动支架的燃气供应模块1、电堆安装模块2、空气供应模块3和电气模块4，其中移动支架设有可踩刹的移动轮，方便各模块的移动，同时，模块化的设计，有利于测试平台的维修和搬运；燃气供应模块1、空气供应模块3和电气模块4分别与电堆安装模块2连接，空气供应模块3上还连接有尾气处理和换热模块5，连通电堆安装模块2的管道表面均设有保温材料测试模组，电堆安装模块2包括电堆连接组件23，电堆连接组件23用于连通多个电堆22；在将多个电堆22通过电堆连接组件23安装完成时，测试平台开始工作，此时燃气供应模块1为电堆22提供燃气，空气供应模块3为电堆22提供空气，从而满足电堆22反应的要求，当电堆22升温至650℃时，启动电气模块4，电气模块4开始对各个电堆22进行电化学性能测试；同时观察保温材料测试模组中的测试情况，并记录其它零部件的相关数据，如温度，变形量等；故本发明能够连通多个电堆22来进行电堆22的测试，使得测试平台的检测效率升高，其次，对电堆22以外的零部件能够起到测试的效果，进而丰富了测试平台的实用性。
在本发明中，燃气供应模块1包括通过管道依次连通的管道燃气接口、球阀、第一流量计、脱硫器13、第一止回阀、第一电加热器14、重整器15和第二电加热器16，第二电加热器16连通电堆22的燃气进口，还包括依次连通的净水设备11、去离子水蠕动泵和蒸汽发生器12，净化装置采用常用的水体净化器，将杂质过滤后用于提高与燃气发生重整反应时水蒸气的纯度；蒸汽发生器12接入第一止回阀与第一电加热器14之间的管道上，进而使汽化后的水与燃气混合并通过第一电加热器14升温后进入重整器15发生重整反应；在此过程中，燃气依次经过球阀、第一流量计、脱硫器13、第一止回阀和第一电加热器14，并在进入第一电加热器14之前与水蒸气混合，混合气体在第一电加热器14中进一步加热后进入重整器15重整；重整完后产生的重整气体将通过第二电加热器16进行加热，当将重整气体加热到电堆22反应所需的温度后，通过电堆22的燃气进口进入电堆22并在电堆22内参与反应；而脱硫器13和重整器15前后的管道上安装有筛网，可避免催化剂颗粒粉化后进入电堆22中，保障电堆22内的细小流道畅通，延长了被测试电堆22的寿命；而重整器15前后安装有管道补偿器，管道补偿器可为波纹管补偿器、套筒补偿器、方形补偿器中的一种；在本实施例中，在高温区(电堆22运行时，附近温度高于400℃的区域为高温区)的管道每隔1m处设置一个波纹管补偿器，从而避免管道出现由于温度变化引起的应力破坏，保证管道在热状态下的稳定和安全，此外，脱硫器13的脱硫方式为常温下的吸附式脱硫；脱硫剂为活性炭、氧化锌、氧化铁、α羟基铁中的一种或多种的混合物，而重整器15内填充的催化剂为镍系天然气蒸汽重整催化剂，重整温度为350-500℃；第二电加热器16将从重整器15出来的重整气加热到650-750℃后通入电堆22。另外，假设燃气(CH4)在重整器15中全部转化，即CH4+2H2O→CO2+4H2，据此计算，理论电流＝71.71*2*燃气流量(L/min)*4/电堆22节数。因此可以通过更换不同类型的脱硫剂和重整催化剂，并用气体检测仪测试不同区间段内气体的成分，从而评估天然气脱硫剂、重整催化剂的性能，进而增强了测试平台实用性。
空气供应模块3包括通过管道依次连接的鼓风机31、第二流量计、第一热交换器32和第三电加热器33，第三加热器连通电堆安装模块2；空气供应模块3将第一换热器预热后的空气加热到600-750℃，随后通过电堆22的空气进口进入到电堆22内部并在电堆22内参与反应。
而尾气处理和换热模块5包括用管道依次连接的燃气尾气燃烧器51、第一热交换器32和烟气冷却器52；燃气尾气燃烧器51连通电堆安装模块2，燃气尾气燃烧器51嵌入到第一热交换器32的下部，烟气冷却器52可连通外界水管，其中燃气尾气燃烧器51嵌入到第一热交换器32中，使两者连接更为紧密，从而提高了换热效率；第一热交换器32为宽流道板式烟气-空气热交换器，换热效果较好，可模块化安装，可通过气体流量、升温幅度、降温幅度、换热面积等参数计算第一热交换器32的换热效果，后续维护更换成本也低，能回收余热对进入测试平台的空气进行预热，降低测试平台运行成本；烟气冷却器52能对未被第一热交换器32回收的热能做进一步利用，该烟气冷却器52为烟气-水换热器，可加热生活用水；第一热交换器32与高温管道之间、第一热交换器32与燃烧器之间，均通过法兰连接；第一热交换器32的外侧包裹有保温材料，减少热量散失；该保温材料为硅酸铝、二氧化硅纳米气凝胶中的一种或两种的组合；且保温材料的厚度为5-15cm，热导率小于0.1W/(m*K)。
电气模块4包括立式控制柜44、安装于立式控制柜44上的PLC控制器、与PLC控制器连接的数据采集单元43、移动终端42和电子负载41，数据采集单元43、移动终端42和电子负载41均安装于立式控制柜44上，电子负载41通过导线与电堆安装模块2连接；还包括PLC控制器控制的各个阀门、鼓风机31和泵，并采集各类传感器的数据采集单元43，移动终端42可为计算机，用于储存数据采集单元43采集到的数据并分析；立式控制柜44上设有一个机柜，其中PLC控制器、隔离开关、断路器、热继电器、电流接触器、电流互感器等电气元件安装在机柜内；数据采集单元43、计算机、电子负载41安装在机柜内；并通过正负极接线柱25、导线将电化学反应产生的电流引出到电子负载41中，同时通过与电堆22相接的引线对电堆22电压以及电流的大小进行测量；电子负载41为2个3kW的直流电子负载41，连接电子负载41的导线截面积为10-25mm2，最大载流量为64-120A；按照1个1.5kW固体氧化物燃料电池电堆22的额定电流为36A推算，本测试平台可满足一次测试1-4个电堆22的需求。
此外，该测试平台的管道采用的是耐高温的金属材料，当该材料的工作应力小于工作温度下材料的屈服强度的情况下时，该材料在长期服役过程中也会发生缓慢而连续的塑性变形(即蠕变现象)；通常碳钢超过300℃、合金钢超过400℃是会出现蠕变效应；而测试平台的高温区的运行温度高达650-750℃，比超超临界火电机组还高，故是进行金属蠕变试验的理想场所，也是进行保温材料测试的理想场所；蠕变极限试验方案的设计主要是从材料的服役条件出发，确定温度、时间、应力等试验参数。在耐高温部件试验区的管道上可加挂重物，进而加速蠕变试验，使试验时间缩短至数十至数万小时；此外，测试平台的高温区为第一电加热器14的进气口至整个的空气供应模块3、尾气处理和换热模块5之间的范围，故选取该范围内的且靠近电堆22的管道为保温材料测试模组终的测试管道，该管道长为一段0.5m，两端有法兰接口；管道外侧设有保温层61，管道内部和保温层61的内外侧均设有热电偶62，用于检验保温层61的保温性能；当要进行管材的加速蠕变试验时，在试验管材上加挂重物，其中，1MPa＝10千克力/平方厘米；当管材在700℃高温下使用500-1000h后，降温并取出测试管道，测量其长度、半径、形变等方面的变化，以确定该型号管道是否适用于固体氧化物燃料电池的发电系统。而在高温区测试包裹不同类型的保温层61，然后通入热空气，可根据三个热电偶62的温差、保温层61的厚度、接触面积和散热面积等参数计算出保温层61的导热系数等参数；从而挑选出合适的保温层61。
电堆安装模块2包括安装于移动支架顶板上的电堆保温罩21，电堆保温罩21内安装有多个电堆22，电堆22上设有正负极接线柱25；多个电堆22的燃气进出口和空气进出口分别通过电堆连接组件23连通，其中，每个电堆22均设有燃气进口、燃气出口、空气进口和空气出口，且燃气进口、燃气出口、空气进口和空气均设置有温度传感器和压力传感器；此外，电堆保温罩21内设置有电加热丝26，可对固体氧化物燃料电池进行快速加热，并测试其最短启动时间；电堆保温罩21上部安装有吊环，可快速将保温罩吊起，便于安装电堆22到电堆安装台架上；电堆保温罩21内可测试功率为0.1-6kW的电堆22或由2-4个的固体氧化物燃料电池电堆22组合而成的电堆模组；在本发明中，电堆保温罩21的保温材料的厚度为0.05-0.2m，热导率小于0.1W/(m*K)，在本发明中，保温材料可选为硅酸铝、二氧化硅纳米气凝胶中的一种或两种的组合；在测试电堆22时，固体氧化物燃料电池电堆22安装在电堆保温罩21内，能够减少热量散失；电堆22上方和下方分别安装集流板，用于汇集电堆22输出的电流；电堆22上方的集流板与电堆22正极、正极接线柱连接；电堆22下方的集流板与电堆22负极、负极接线柱连接；各接线柱与顶板之间用绝缘垫片24隔离开，负极集流板与顶板之间用绝缘垫片24隔离开，避免漏电。
电堆连接组件23连通燃气尾气燃烧器51和第二电加热器16；正负极接线柱25均穿出顶板且正负极接线柱25均与电子负载41连接；当同时测试两个电堆22时，电堆连接组件23包括第一流体歧管231，第一流体歧管231内部设有四条第一气道，每条第一气道均为Y型气道234，Y型气道234的两上端口分别各自连接两个电堆22的同类型进出口(如一条Y型气道234的上端口连接两个电堆22的燃气进口，下端口连接第二电加热器16的出气口)，四条第一气道的下端口分别为两个组合的电堆22总的第一燃气进口、第一燃气出口、第一空气进口、第一空气出口；第一燃气进口连通第二电加热器16的出气口，第一空气进口连通第三电加热器33的出气口，第一燃气出口和第一空气出口分别连通燃气尾气燃烧器51的进气口，进而实现对两个电堆22同时进气和出气，进而保证了测试平台对两个电堆22的同时测试，此外，在此基础上可只针对一个电堆22进行测试，方法为只需堵住一个电堆22下方的四个Y型气道234的上端口即可。
当测试的电堆22为四个时，可采取两种分布方式；对于呈上下两两堆叠式分布，采用了电堆连接组件23中包括的第二流体歧管232，第二流体歧管232上设有四个通气孔，四个通气孔分别与第一流体歧管231上的一组四个不同类的上端口对齐；第二流体歧管232上还设有各自连通四个通气孔的分气管236，第二流体歧管232设为四个，下方的两个第二流体歧管232分别固接于第一流体歧管231和下方的两个电堆22之间，上方的两个第二流体歧管232分别固接于同一竖直方向的两个电堆22之间；同一竖直方向的同类型分气管236分别各自连通，上方的第二流体歧管232的四个通气孔的下端口密封，上端口分别连通上方电堆22的空气进出口与燃气进出口；当燃料通过燃料进口进入第一流体歧管231后，将通过第二流体歧管232分流到上下堆叠的两个电堆22上，加热后的空气从空气进口进入后将进入第一流体歧管231，后通过第二流体歧管232分流到上下堆叠的两个电堆22上，当上方电堆22反应完后残留的空气与燃料将依次通过上方第二流体歧管232的通气孔、上方第二流体歧管232的分气管236、下方第二流体歧管232的分气管236、下方第二流体歧管232的通气孔和Y型气道234，并最终进入到燃气尾气燃烧器51中进行燃烧，该方式实现了对呈上下两两堆叠式分布的四个电堆22的进气与出气，进而实现了测试平台对四个电堆22的测试；对于呈水平两两排列式分布的四个电堆22，采用了电堆连接组件23中的第三流体歧管233，第三流体歧管233内部设有四条第二气道，每条第二气道均设有Y-Y型气道235(即一个进气通道分成四条气道)，Y-Y型气道235的四个上端口分别各自连接四个电堆22的同类型进出口，四条第二气道的下端口分别为四个组合的电堆22总的第二燃气进口、第二燃气出口、第二空气进口、第二空气出口；第二燃气进口连通第二电加热器16的出气口，第二空气进口连通第三电加热器33的出气口，第二燃气出口和第二空气出口分别连通燃气尾气燃烧器51的进气口，该连接方式实现了呈水平两两排列式分布的四个电堆22的同时进气与出气，进而实现了测试平台对四个电堆22的测试。其中，第一流体歧管231、第二流体歧管232和第三流体歧管233用耐高温合金制作，均采用分层结构，各层用机械加工出气道，各层之间的缝隙均通过焊接密封。
此外，为对固体氧化物燃料电池的电解质材料性能进行研究，提高电解质的离子电导率，降低导电活化能，提高离子迁移数，需对固体氧化物燃料电池电堆进行电化学阻抗谱(EIS)测试(当电极系统受到一个正弦波形(电压/电流)的交流讯号的扰动时，会产生一个相应的电流(电压)响应讯号，由这些讯号可以得到电极的阻抗或导纳；一系列频率的正弦波讯号产生的阻抗频谱，称为电化学阻抗谱)。同时为对固体氧化物燃料电池的电极极化进行研究，也需要对电堆22进行电化学阻抗谱测试；因此，根据本发明中的测试平台提出一种测试固体氧化物燃料电池电堆22的电化学阻抗谱测试方法。步骤如下：
步骤一、在电堆22上相邻的两片双极板上用微型电钻钻出小孔，插入耐高温金属导线，耐高温金属导线在电堆保温罩21外部接入电化学阻抗谱测试仪的正负极；
步骤二、按照前述电堆22升温、启动方法对电堆22进行升温操作，将电堆22温度升至300-800℃；
步骤三、电堆22温度到达指定温度后，启动电化学阻抗谱仪，测出电堆22在该温度条件下的单电池的电化学阻抗谱；阻抗谱高频区反映单电池的欧姆极化，即电解质、电极的电阻情况；阻抗谱低频区反映单电池的浓差极化情况；
步骤四、用上述方法对电堆22顶部、中部、底部的单电池的电化学阻抗谱进行抽样测量；
步骤五、将上述测量结果的平均值乘以电堆22节数，即可估算出整个电堆22的电化学阻抗谱，为固体氧化物燃料电池发电系统的设计提供有价值的参考。
工作原理
首先，确定电堆22的检测个数并组装，随后启动净水设备11、去离子水蠕动泵、蒸汽发生器12、鼓风机31，并通入燃气和空气，燃气将依次经过球阀、第一流量计、脱硫器13和第一止回阀，随后与水蒸气汇流进入到第一电加热器14中加热，随后进入到重整器15进行重整反应，然后重整气经过第二电加热器16加热后将通入到电堆22；同时，空气依次经过鼓风机31、第二流量计、第一热交换器32和第三电加热器33最终进入电堆22并参与反应，当电堆22升温至650℃时，启动电子负载41，开始对各个所述电堆22进行电化学性能测试；并观察保温材料测试模组中的管道蠕变情况，并记录热电偶62数据用于分析；因此本发明能够连通多个电堆22来进行电堆22的测试，使得测试平台的检测效率提高，其次，对电堆22以外的零部件能够起到测试的效果，进而增强了测试平台的实用性。
需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”以及类似的表述只是为了说明的目的。
Claims (9)
1.一种固体氧化物燃料电池测试平台，其特征在于；包括分别各自设有移动支架的燃气供应模块(1)、电堆安装模块(2)、空气供应模块(3)和电气模块(4)，所述燃气供应模块(1)、所述空气供应模块(3)和所述电气模块(4)分别与所述电堆安装模块(2)连接，所述空气供应模块(3)上还连接有尾气处理和换热模块(5)，连通所述电堆安装模块(2)的管道表面均设有保温材料测试模组，所述电堆安装模块(2)包括电堆连接组件(23)，所述电堆连接组件(23)用于连通多个电堆(22)；所述电堆(22)可设为四个，呈上下两两堆叠式分布，所述电堆连接组件(23)还包括第二流体歧管(232)，所述第二流体歧管(232)上设有四个通气孔，所述四个通气孔分别与第一流体歧管(231)上的一组四个不同类的上端口对齐；所述第二流体歧管(232)上还设有各自连通所述四个通气孔的分气管(236)，所述第二流体歧管(232)设为四个，下方的两个所述第二流体歧管(232)分别固接于所述第一流体歧管(231)和下方的两个所述电堆(22)之间，上方的两个所述第二流体歧管(232)分别固接于同一竖直方向的两个所述电堆(22)之间；同一竖直方向的同类型所述分气管(236)分别各自连通，上方的所述第二流体歧管(232)的四个所述通气孔的下端口密封，上端口分别连通上方所述电堆(22)的空气进出口与燃气进出口。
2.根据权利要求1所述的固体氧化物燃料电池测试平台，其特征在于：所述空气供应模块(3)包括通过管道依次连接的鼓风机(31)、第二流量计、第一热交换器(32)和第三电加热器(33)，所述第三电加热器(33)连通所述电堆安装模块(2)。
3.根据权利要求2所述的固体氧化物燃料电池测试平台，其特征在于：所述尾气处理和换热模块(5)包括用管道依次连接的燃气尾气燃烧器(51)、所述第一热交换器(32)和烟气冷却器(52)；所述燃气尾气燃烧器(51)连通所述电堆安装模块(2)，所述燃气尾气燃烧器(51)嵌入到所述第一热交换器(32)的下部，所述烟气冷却器(52)可连通外界水管。
4.根据权利要求1所述的固体氧化物燃料电池测试平台，其特征在于：所述电气模块(4)包括立式控制柜(44)、安装于所述立式控制柜(44)上的PLC控制器、与所述PLC控制器连接的数据采集单元(43)、移动终端(42)和电子负载(41)，所述数据采集单元(43)、所述移动终端(42)和所述电子负载(41)均安装于所述立式控制柜(44)上，所述电子负载(41)通过导线与所述电堆安装模块(2)连接。
5.根据权利要求1所述的固体氧化物燃料电池测试平台，其特征在于：所述保温材料测试模组安装于电堆安装模块(2)与空气供应模块(3)之间的管道上，包括包裹于所述管道外侧的保温层(61)，所述管道内部和所述保温层(61)的内外侧均设有热电偶(62)。
6.根据权利要求3所述的固体氧化物燃料电池测试平台，其特征在于：所述电堆安装模块(2)包括安装于所述移动支架顶板上的电堆保温罩(21)，所述电堆保温罩(21)内安装有多个电堆(22)，所述电堆(22)上设有正负极接线柱(25)；多个所述电堆(22)的燃气进出口和空气进出口分别通过所述电堆连接组件(23)连通；所述电堆连接组件(23)连通所述燃气尾气燃烧器(51)和第二电加热器(16)；所述正负极接线柱(25)均穿出所述顶板且所述正负极接线柱(25)均与所述电气模块(4)连接。
7.根据权利要求6所述的固体氧化物燃料电池测试平台，其特征在于：所述电堆(22)可设有两个，所述电堆连接组件(23)包括第一流体歧管(231)，所述第一流体歧管(231)内部设有四条第一气道，每条所述第一气道均为Y型气道(234)，所述Y型气道(234)的两上端口分别各自连接两个所述电堆(22)的同类型进出口，四条所述第一气道的下端口分别为两个组合的所述电堆(22)总的第一燃气进口、第一燃气出口、第一空气进口、第一空气出口；所述第一燃气进口连通所述燃气供应模块(1)，所述第一空气进口连通所述空气供应模块(3)，所述第一燃气出口和所述第一空气出口分别连通所述尾气处理和换热模块(5)。
8.根据权利要求6所述的固体氧化物燃料电池测试平台，其特征在于：所述电堆(22)可设为四个，呈水平两两排列式分布，所述电堆连接组件(23)包括第三流体歧管(233)，所述第三流体歧管(233)内部设有四条第二气道，每条所述第二气道均设有Y-Y型气道(235)，所述Y-Y型气道(235)的四个上端口分别各自连接四个所述电堆(22)的同类型进出口，四条所述第二气道的下端口分别为四个组合的所述电堆(22)总的第二燃气进口、第二燃气出口、第二空气进口、第二空气出口；所述第二燃气进口连通所述燃气供应模块(1)，所述第二空气进口连通所述空气供应模块(3)，所述第二燃气出口和所述第二空气出口分别连通所述尾气处理和换热模块(5)。
9.一种根据权利要求1-8任一项所述的固体氧化物燃料电池测试平台的测试方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一:将多个电堆(22)通过电堆连接组件(23)安装在电堆保温罩(21)内部，并在所述电堆(22)与所述电堆连接组件(23)的连接处用耐高温密封胶密封、固定；
步骤二:用母线将所述电堆(22)串联或并联起来，随后用耐高温导线将电堆安装模块(2)与电子负载(41)连接；
步骤三:确认所述电堆(22)、所述耐高温导线安装无误后，自上往下安装所述电堆保温罩(21)，先向所述电堆(22)通入氮气将管道内的空气吹扫干净，然后向所述电堆(22)通入天然气、热空气，启动固体氧化物燃料电池测试平台；由于所述电堆(22)未发电，所以富余的天然气将在燃气尾气燃烧器(51)中燃烧干净；
步骤四:当所述电堆(22)升温至650℃时，启动所述电子负载(41)，开始对各个所述电堆(22)进行电化学性能测试；
步骤五:在所述电堆(22)升温测试前和降温后，观察所述电堆安装模块(2)外部的被测试的管道的蠕变情况，目的是了解部件的耐高温性能；所述电堆(22)升温过程中，测试重整器(15)前后的气体成分，目的是了解重整催化剂的性能。
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