CN206179993U - 一种燃料电池电堆加热测试装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种燃料电池电堆加热测试装置，包括支撑架、加热炉、电堆组件、氢气罐、电气控制柜、供氧组件和电阻负载箱。加热炉设置在支撑架上，电堆组件设置在加热炉内，供氧组件设置在支撑架内，氢气罐与电堆组件的氢气输入端之间以及供氧组件与电堆组件的空气输入端之间均通过管道连通，氢气罐内氢气和供氧组件提供的空气通过管道进入加热炉内经过炉温预热后分别通入电堆阳极与阴极，且氢气与空气中的氧气反应并产生电能。本实用新型有效简化燃料电池实验装置，降低实验成本，减少实验工作量，实现电堆热、电协同控制，同时通过合理的参数调整可实现对不同功率电堆的柔性扩展，满足燃料电池系统对不同电堆温度和功率控制等的实验要求。

Description

一种燃料电池电堆加热测试装置

技术领域

本实用新型涉及机电自动控制技术领域，尤其涉及一种燃料电池电堆加热测试装置，具体地说主要是为燃料电池的电堆性能检测提供一个加热测试装置，满足电堆性能测试的需求。

背景技术

固体氧化物燃料电池作为一种高效、清洁的新型能源，其开发利用对解决当前的环境污染和能源危机问题具有重要的意义。当前相关技术主要从整体系统上对燃料电池进行可行性分析和优化研究，以达到系统结构的最优化设计和控制策略的完美分析。在理论建模上进行了大量的研究工作，在系统实验上进行了大量的工作以验证电堆的反应性能。这种技术研究手段对燃料电池系统的分析和商业化应用具有重要的意义。但同时，从整体系统对燃料电池进行分析将花费实验人员大量时间和精力，因此需要一种可以对电堆进行反应监测的装置，可以快速准确地控制反应条件，验证电堆运行效果，减少不必要的时间和材料浪费。

发明内容

本实用新型所要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，提供一种燃料电池电堆加热测试装置。

本实用新型解决上述技术问题的技术方案如下：一种燃料电池电堆加热测试装置，包括支撑架、加热炉、电堆组件、氢气罐、电气控制柜、供氧组件和电阻负载箱。

所述加热炉设置在所述支撑架上，所述电堆组件设置在所述加热炉内，且所述加热炉对所述电堆组件进行加热，所述供氧组件设置在所述支撑架内，所述氢气罐与所述电堆组件的氢气输入端之间以及所述供氧组件与所述电堆组件的空气输入端之间均通过管道连通，且所述氢气罐内的氢气和所述供氧组件提供的空气通过管道进入所述加热炉内经过炉温预热后分别通入电堆阳极与阴极，并且氢气与空气中的氧气反应并产生电能。

所述电气控制柜和氢气罐设置在所述支撑架的一侧，所述电气控制柜分别与所述供氧组件、加热炉和监控主机电连接，并对所述供氧组件和加热炉进行控制，所述电阻负载箱设置在所述支撑架内，且所述电阻负载箱与所述电堆组件的电极电连接并检测所述电堆组件的输出电能。

本实用新型的有益效果是：本实用新型的一种燃料电池电堆加热测试装置，有效简化燃料电池实验装置，降低实验成本，减少实验工作量，实现电堆热、电协同控制，同时通过合理的参数调整可实现对不同功率电堆的柔性扩展，满足燃料电池系统对不同电堆温度和功率控制等的实验要求。

在上述技术方案的基础上，本实用新型还可以做如下改进：

进一步：所述加热炉包括两个竖直设置的炉壳，所述炉壳为一侧设有开口的壳体结构，两个所述炉壳相互铰接，且两个所述炉壳上的开口相互面朝设置，两个所述炉壳可绕铰接处转动打开或闭合，且当两个所述炉壳闭合时，两个所述炉壳内部形成一个密闭空腔，所述密闭空腔内设有电堆支撑平台，所述电堆组件设置在所述电堆支撑平台上；两个所述炉壳内壁均环绕设置有电阻丝，所述电阻丝与所述电气控制柜电连接。

上述进一步方案的有益效果是：通过上述方式可以比较方便的打开所述加热炉，并对所述加热炉以及内部的电堆组件进行检修，非常方便，有效降低了维护成本。

进一步：还包括气缸组件，所述气缸组件设置在所述加热炉的上方并可对位于所述加热炉内的电堆组件进行加压处理。

上述进一步方案的有益效果是：通过所述气缸组件可以对所述电堆组件进行加压处理，提高电堆反应效率并避免通入至所述电堆组件中的氢气与通入的空气中的氧气直接接触而产生安全隐患，提高设备的安全性能。

进一步：所述气缸组件包括拉杆气缸和气缸支撑挡板，所述气缸支撑挡板通过设置在所述加热炉上表面的支撑条水平固定在所述加热炉的正上方，所述拉杆气缸设置在所述气缸支撑挡板上，且所述拉杆气缸的活塞杆穿过所述气缸支撑挡板从所述加热炉上表面中心通孔处伸入所述加热炉内，并可对所述电堆组件进行加压处理。

上述进一步方案的有益效果是：通过所述气缸支撑挡板可以将所述拉杆气缸稳固的固定在所述加热炉上方，便于所述拉杆气缸的活塞杆对所述电堆组件进行加压处理，结构简单，安全稳固。

进一步：所述加热炉内还设有保温砖，所述保温砖的横截面积大于所述活塞杆的横截面积，所述保温砖设置在所述活塞杆位于所述加热炉内的一端与所述电堆组件之间，且所述拉杆气缸的活塞杆通过所述保温砖对所述电堆进行加压处理。

上述进一步方案的有益效果是：通过设置所述保温砖一方面可以对所述电堆组件起到保温作用，另一方面可以使得所述拉杆气缸的活塞杆通过所述保温砖对所述电堆组件进行加压处理，增加所述电堆组件的受力面积，避免所述电堆组件由于所受压强过大而损伤。

进一步：还包括热电偶，所述热电偶从所述加热炉上表面通孔处伸入所述加热炉内，且所述热电偶与所述电气控制柜电连接。

上述进一步方案的有益效果是：通过所述热电偶可以实时检测所述加热炉的温度，并反馈至所述电气控制柜，方便所述电气控制柜对加热炉加热功率进行控制，从而实现对加热炉内的温度进行准确控制。

进一步：所述电堆组件包括多个单体电池和电堆夹具体，多个所述单体电池依次叠放在所述电堆支撑平台上，所述电堆夹具体设置在所述电堆支撑平台上并将所述多个所述单体电池进行固定。

上述进一步方案的有益效果是：通过所述电堆夹具体可以将多个单体电池固定在所述电堆支撑平台上，并且将通入的氢气和空气分别导流至燃料电池的阳极和阴极发生反应。

进一步：所述供氧组件包括空气压缩机和空气转子流量计，所述空气压缩机通过管道与所述电堆组件的阴极连通，且所述空气转子流量计设置在所述空气压缩机与所述电堆组件之间的管道上；所述空气压缩机、空气转子流量计分别与所述电气控制柜电连接。

上述进一步方案的有益效果是：通过所述空气压缩机可以将空气以一定的气压通入所述加热炉内，并通过所述空气转子流量计控制通入至所述加热炉内的空气流量，从而控制电堆组件的反应程度，非常方便。

进一步：还包括监控主机，所述监控主机设置在所述电气控制柜上，且所述监控主机与所述电气控制柜电连接。

上述进一步方案的有益效果是：通过所述监控主机可以实时监测通入至所述加热炉内的氢气和氧气的流量和速率，以及所述电堆组件的输出电压，并实时显示所述加热炉内的温度和气缸组件的气压，便于操作人员实时掌握和了解所述电堆组件的反应过程。

进一步：还包括两根支撑柱，两根所述支撑柱的下部插入至所述支撑架内，且两根所述支撑柱竖直并列间隔设置，所述加热炉位于两个所述支撑柱之间，且所述加热炉的两侧分别与对应的所述支撑柱的上部连接。

上述进一步方案的有益效果是：通过所述支撑柱可以将所述加热炉更加牢固的固定在所述支撑架上，整个装置结构简单，牢固，便于拆卸和安装。

附图说明

图1为本实用新型的一种燃料电池电堆加热测试装置结构示意图。

附图中，各标号所代表的部件列表如下：

1、支撑架，2、加热炉，3、电堆组件，4、氢气罐，5、电气控制柜，7、电阻负载箱，8、气缸组件，9、热电偶，10、监控主机，11、支撑柱；

21、炉壳，22、电堆支撑平台，23、保温砖，61、空气压缩机，62、空气转子流量计，63、氢气转子流量计，81、拉杆气缸，82、气缸支撑挡板。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本实用新型，并非用于限定本实用新型的范围。

如图1所示，一种燃料电池电堆加热测试装置，包括支撑架1、加热炉2、电堆组件3、氢气罐4、电气控制柜5、供氧组件和电阻负载箱7。所述加热炉2设置在所述支撑架1上，所述电堆组件3设置在所述加热炉2内，且所述加热炉2对所述电堆组件3进行加热，所述供氧组件设置在所述支撑架1内，所述氢气罐4与所述电堆组件3的氢气输入端之间以及所述供氧组件与所述电堆组件3的空气输入端之间均通过管道连通，且所述氢气罐4内的氢气和所述供氧组件提供的空气通过管道进入所述加热炉2内经过炉温预热后分别通入电堆阳极与阴极并且氢气与空气中的氧气反应并产生电能。

所述电气控制柜5和氢气罐4设置在所述支撑架1的一侧，所述电气控制柜5分别与所述供氧组件、加热炉2、监控主机电连接，并对所述供氧组件和加热炉2进行控制，所述电阻负载箱7设置在所述支撑架1内，且所述电阻负载箱7与所述电堆组件3的电极电连接并检测所述电堆组件3的输出电能。

本实施例中，所述加热炉2包括两个竖直设置的炉壳21，所述炉壳21为一侧设有开口的壳体结构，两个所述炉壳21相互铰接，且两个所述炉壳21上的开口相互面朝设置，两个所述炉壳21可绕铰接处转动打开或闭合，且当两个所述炉壳21闭合时，两个所述炉壳21内部形成一个密闭空腔，所述密闭空腔内设有电堆支撑平台22，所述电堆组件3设置在所述电堆支撑平台22上；两个所述炉壳21内壁均环绕设置有电阻丝，所述电阻丝均与所述电气控制柜5电连接。通过上述方式可以比较方便的打开所述加热炉，并对所述加热炉以及内部的电堆组件进行检修，非常方便，有效降低了维护成本。

优选地，还包括气缸组件8，所述气缸组件8设置在所述加热炉2的上方并可对位于所述加热炉2内的电堆组件3进行加压处理。通过所述气缸组件可以对所述电堆组件进行加压处理，提高电堆反应效率并避免通入至所述电堆组件中的氢气与通入的空气中的氧气直接接触而产生安全隐患，提高设备的安全性能。

本实施例中，所述气缸组件8包括拉杆气缸81和气缸支撑挡板82，所述气缸支撑挡板82通过设置在所述加热炉2上表面的支撑条水平固定在所述加热炉2的正上方，所述拉杆气缸81设置在所述气缸支撑挡板82上，且所述拉杆气缸81的活塞杆穿过所述气缸支撑挡板82从所述加热炉2上表面中心通孔处伸入所述加热炉2内，并可对所述电堆组件3进行加压处理。通过所述气缸支撑挡板82可以将所述拉杆气缸81稳固的固定在所述加热炉2上方，便于所述拉杆气缸81的活塞杆对所述电堆组件3进行加压处理，结构简单，安全稳固。

优选地，所述加热炉2内还设有保温砖23，所述保温砖23的横截面积大于所述活塞杆的横截面积，所述保温砖23设置在所述活塞杆位于所述加热炉2内的一端与所述电堆组件3之间，且所述拉杆气缸81的活塞杆通过所述保温砖23对所述电堆进行加压处理。通过设置所述保温砖23一方面可以对所述电堆组件3起到保温作用，另一方面可以使得所述拉杆气缸81的活塞杆通过所述保温砖23对所述电堆组件3进行加压处理，增加所述电堆组件3的受力面积，避免所述电堆组件3由于所受压强过大而损伤。

优选地，还包括热电偶9，所述热电偶9从所述加热炉2上表面通孔处伸入所述加热炉2内，且所述热电偶9与所述电气控制柜5电连接。通过所述热电偶9可以实时检测所述加热炉2的温度，并反馈至所述电气控制柜5，方便所述电气控制柜5对加热炉2加热功率进行控制，从而实现对加热炉2内的温度进行准确控制。

本实施例中，所述电堆组件3包括多个单体电池和电堆夹具体，多个所述单体电池依次叠放在所述电堆支撑平台22上，所述电堆夹具体设置在所述电堆支撑平台22上并将所述多个所述单体电池进行固定。通过所述电堆夹具体可以将多个单体电池固定在所述电堆支撑平台22上，并且将通入的氢气和空气分别导流至燃料电池的阳极和阴极发生反应。

本实施例中，所述供氧组件包括空气压缩机61和空气转子流量计62，所述空气压缩机61通过管道与所述电堆组件3的阴极连通，且所述空气转子流量计62设置在所述空气压缩机61与所述电堆组件3之间的管道上；所述空气压缩机61和空气转子流量计分别与所述电气控制柜5电连接。通过所述空气压缩机61可以将空气以一定的气压通入所述加热炉2内，并通过所述空气转子流量计62控制通入至所述加热炉2内的空气的流量，从而控制电堆组件的反应程度，非常方便。

优选地，还包括氢气转子流量计63，所述氢气转子流量计63设置在所述氢气罐4与所述电堆组件3之间的管道上，所述氢气转子流量计63与所述电气控制柜5电连接。通过所述氢气转子流量计63可以便于控制通入入至所述加热炉2内的氢气流量。

优选地，还包括监控主机10，所述监控主机10设置在所述电气控制柜5上，且所述监控主机10与所述电气控制柜5电连接。通过所述监控主机10可以实时监测通入至所述加热炉2内的氢气和氧气的流量和速率，以及所述电堆组件3的输出电压，并实时显示所述加热炉2内的温度和气缸组件8的气压，便于操作人员实时掌握和了解所述电堆组件3的反应过程。

优选地，还包括两根支撑柱11，两根所述支撑柱11的下部插入至所述支撑架1内，且两根所述支撑柱11竖直并列间隔设置，所述加热炉2位于两个所述支撑柱11之间，且所述加热炉2的两侧分别与对应的所述支撑柱11的上部连接。通过所述支撑柱11可以将所述加热炉2更加牢固的固定在所述支撑架1上，整个装置结构简单，牢固，便于拆卸和安装。

本实施例中，所述支撑架1采用铝型材，且所述支撑架1为可拆卸式架体结构。铝型材具有较好的结构强度，并且质量较轻，通过可拆卸式架体结构可方便拆卸和安装。

本实用新型的一种燃料电池电堆加热测试装置，有效简化燃料电池实验装置，降低实验成本，减少实验工作量，实现电堆热、电协同控制，同时通过合理的参数调整可实现对不同功率电堆的柔性扩展，满足燃料电池系统对不同电堆温度和功率控制等的实验要求。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种燃料电池电堆加热测试装置，其特征在于:包括支撑架(1)、加热炉(2)、电堆组件(3)、氢气罐(4)、电气控制柜(5)、供氧组件和电阻负载箱(7)；

所述加热炉(2)设置在所述支撑架(1)上，所述电堆组件(3)设置在所述加热炉(2)内，且所述加热炉(2)对所述电堆组件(3)进行加热，所述供氧组件设置在所述支撑架(1)内，所述氢气罐(4)与所述电堆组件(3)的氢气输入端之间以及所述供氧组件与所述电堆组件(3)的空气输入端之间均通过管道连通，且所述氢气罐(4)内的氢气和所述供氧组件提供的空气通过管道进入所述加热炉(2)内经过炉温预热后分别通入电堆阳极与阴极，并且氢气与空气中的氧气反应并产生电能；

所述电气控制柜(5)和氢气罐(4)设置在所述支撑架(1)的一侧，所述电气控制柜(5)分别与所述供氧组件、加热炉(2)和监控主机电连接，并对所述供氧组件和加热炉(2)进行控制，所述电阻负载箱(7)设置在所述支撑架(1)内，且所述电阻负载箱(7)与所述电堆组件(3)的电极电连接并检测所述电堆组件(3)的输出电能。

2.根据权利要求1所述一种燃料电池电堆加热测试装置，其特征在于:所述加热炉(2)包括两个竖直设置的炉壳(21)，所述炉壳(21)为一侧设有开口的壳体结构，两个所述炉壳(21)相互铰接，且两个所述炉壳(21)上的开口相互面朝设置，两个所述炉壳(21)可绕铰接处转动打开或闭合，且当两个所述炉壳(21)闭合时，两个所述炉壳(21)内部形成一个密闭空腔，所述密闭空腔内设有电堆支撑平台(22)，所述电堆组件(3)设置在所述电堆支撑平台(22)上；

两个所述炉壳(21)内壁均环绕设置有电阻丝，所述电阻丝均与所述电气控制柜(5)电连接。

3.根据权利要求1所述一种燃料电池电堆加热测试装置，其特征在于:还包括气缸组件(8)，所述气缸组件(8)设置在所述加热炉(2)的上方并可对位于所述加热炉(2)内的电堆组件(3)进行加压处理。

4.根据权利要求3所述一种燃料电池电堆加热测试装置，其特征在于:所述气缸组件(8)包括拉杆气缸(81)和气缸支撑挡板(82)，所述气缸支撑挡板(82)通过设置在所述加热炉(2)上表面的支撑条水平固定在所述加热炉(2)的正上方，所述拉杆气缸(81)设置在所述气缸支撑挡板(82)上，且所述拉杆气缸(81)的活塞杆穿过所述气缸支撑挡板(82)从所述加热炉(2)上表面中心通孔处伸入所述加热炉(2)内，并可对所述电堆组件(3)进行加压处理。

5.根据权利要求4所述一种燃料电池电堆加热测试装置，其特征在于:所述加热炉(2)内还设有保温砖(23)，所述保温砖(23)的横截面积大于所述活塞杆的横截面积，所述保温砖(23)设置在所述活塞杆位于所述加热炉(2)内的一端与所述电堆组件(3)之间，且所述拉杆气缸(81)的活塞杆通过所述保温砖(23)对所述电堆进行加压处理。

6.根据权利要求4所述一种燃料电池电堆加热测试装置，其特征在于:还包括热电偶(9)，所述热电偶(9)从所述加热炉(2)上表面通孔处伸入所述加热炉(2)内，且所述热电偶(9)与所述电气控制柜(5)电连接。

7.根据权利要求2所述一种燃料电池电堆加热测试装置，其特征在于:所述电堆组件(3)包括多个单体电池和电堆夹具体，多个所述单体电池依次叠放在所述电堆支撑平台(22)上，所述电堆夹具体设置在所述电堆支撑平台(22)上并将所述多个所述单体电池进行固定。

8.根据权利要求2至6任一项所述一种燃料电池电堆加热测试装置，其特征在于:所述供氧组件包括空气压缩机(61)和空气转子流量计(62)，所述空气压缩机(61)通过管道与所述电堆组件(3)的阴极连通，且所述空气转子流量计(62)设置在所述空气压缩机(61)与所述电堆组件(3)之间的管道上；

所述空气压缩机(61)和空气转子流量计(62)分别与所述电气控制柜(5)电连接。

9.根据权利要求2至6任一项所述一种燃料电池电堆加热测试装置，其特征在于:还包括监控主机(10)，所述监控主机(10)设置在所述电气控制柜(5)上，且所述监控主机(10)与所述电气控制柜(5)电连接。

10.根据权利要求2至6任一项所述一种燃料电池电堆加热测试装置，其特征在于:还包括两根支撑柱(11)，两根所述支撑柱(11)的下部插入至所述支撑架(1)内，且两根所述支撑柱(11)竖直并列间隔设置，所述加热炉(2)位于两个所述支撑柱(11)之间，且所述加热炉(2)的两侧分别与对应的所述支撑柱(11)的上部连接。