本發(fā)明屬于燃料電池測試領(lǐng)域，具體涉及一種燃料電池參數(shù)控制系統(tǒng)及其工作方法。

背景技術(shù)：

燃料電池是將燃料的化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化成電能的裝置，只發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)，沒有燃燒過程。

燃料電池可以是理想的全固態(tài)機械結(jié)構(gòu)，即沒有可移動的部件，這樣的系統(tǒng)將潛在的具有高可靠性和長壽命,并且燃料電池以氫氣和氧氣為燃料時生成水，沒有污染且可以循環(huán)利用。

燃料電池具有效率高、無污染、壽命長和高可靠性等優(yōu)點，可作為汽車內(nèi)燃機的替代產(chǎn)品，也可應(yīng)用于小型集中供電或分散式供電系統(tǒng)中。由于燃料電池直接把化學(xué)能轉(zhuǎn)化成電能，因而其效率通常遠遠高于內(nèi)燃機，是綠色環(huán)保能源，極具發(fā)展?jié)摿蛻?yīng)用前景。

根據(jù)電解質(zhì)的不同，燃料電池可分為磷酸鹽燃料電池、質(zhì)子交換膜燃料電池、堿性燃料電池、熔融碳酸鹽燃料電池和固體氧化物燃料電池五大類。其中質(zhì)子交換膜燃料電池可在低溫工作，并且具有較高的功率密度所以在應(yīng)用上很受歡迎。

在對燃料電池參數(shù)的測試中，要進行多次測試，因此要降低其他不必要因素對實驗的影響。專利(CN201210028345)給出了燃料電池堆控制系統(tǒng)中，各種參數(shù)控制時沒有設(shè)置反饋調(diào)節(jié)，這樣會造成很大的誤差，并且安全裝置設(shè)置的也不合理，若發(fā)現(xiàn)問題時立即停止工作，會造成氣體殘余，會損壞實驗設(shè)備以及對人員安全有很大危險,安全性有待提高。

因此需要設(shè)計一種技術(shù)方案，使得在燃料電池測試過程中能夠?qū)崿F(xiàn)各個參數(shù)的單一控制，不受其他因素的影響。從而提高測試精度，并有效降低測試的安全隱患。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的正是為了提供一種燃料電池參數(shù)控制系統(tǒng)及其工作方法，以實現(xiàn)上面所敘述的在控制其他影響因素(溫度、濕度、壓力以及其他參數(shù)等)不變的情況下，改變單一變量對電池堆的影響，進行燃料電池單一變量測試。

本發(fā)明通過如下技術(shù)方案實現(xiàn)：

一種燃料電池參數(shù)控制系統(tǒng)，主要包括空壓機、減壓閥、壓力表、過濾器、供氣控制閥、流量計、加濕路線控制閥、加濕器、補水控制閥、補水器、手動閥、干氣路線控制閥、壓力傳感器、溫度傳感器、燃料電池堆、壓力傳感器、背壓閥、水罐、PC端控制與顯示裝置、氫氣瓶。

空壓機依次經(jīng)過減壓閥、壓力表、過濾器、供氣控制閥與流量計連接。流量計分別經(jīng)加濕路線控制閥連接加濕器、經(jīng)干氣路線控制閥連接壓力傳感器一。加濕器經(jīng)補水控制閥連接補水器，加濕器還連接有手動閥。

壓力傳感器一、經(jīng)溫度傳感器與燃料電池堆相連。燃料電池堆依次壓力傳感器二、背壓閥與水罐相連，同時燃料電池堆連接PC端控制與顯示裝置。

氫氣瓶依次經(jīng)過減壓閥、壓力、過濾器、供氣控制閥與流量計連接。也就是說，空壓機、氫氣瓶分別經(jīng)減壓閥、壓力、過濾器、供氣控制閥形成并聯(lián)結(jié)構(gòu)。

此外，該系統(tǒng)設(shè)有安全保護裝置。該安全保護裝置包括氮氣瓶，氮氣瓶經(jīng)減壓閥、壓力、過濾器、供氣控制閥分別與空壓機、氫氣瓶形成并聯(lián)結(jié)構(gòu)。

并且，氮氣瓶依次經(jīng)過減壓閥、壓力表、過濾器、供氣控制閥與流量計連接。

本發(fā)明還提供了所述燃料電池參數(shù)控制系統(tǒng)的工作方法：改變氣體溫度、濕度或壓力其中一個變量、保持其他變量不變；空氣從空壓機依次經(jīng)減壓閥、壓力、過濾器、供氣控制閥、流量計、加濕器、壓力傳感器一、溫度傳感器、電堆陰極進入燃料電池堆，氫氣從氫氣瓶依次經(jīng)減壓閥、壓力、過濾器、供氣控制閥、流量計、加濕器、壓力傳感器一、溫度傳感器、電堆陽極進入燃料電池堆；空氣和氫氣經(jīng)加濕通路或不加濕通路，再經(jīng)由壓力傳感器一和溫度傳感器進入燃料電池堆；空氣和氫氣進入燃料電池堆充分反應(yīng)后，經(jīng)壓力傳感器二和背壓閥對水汽進行分離處理，當(dāng)排出的水達到一定量時，即可將水排入水罐進行排水處理；加濕器通過補水器進行補水，通過手動閥進行排水。

在控制溫度、濕度以及壓力其中單一變量時，PC端控制與顯示裝置對單一變量進行反饋調(diào)節(jié)，使溫度、濕度、壓力在整個系統(tǒng)工作時達到穩(wěn)定,由PC端控制與顯示裝置將單一變量數(shù)據(jù)進行記錄和后續(xù)處理。

工作過程中，空氣和氫氣的壓力控制在0.2-0.25MPa。

此外，該控制系統(tǒng)還設(shè)有安全保護裝置，當(dāng)系統(tǒng)運行出現(xiàn)錯誤或問題時，氮氣瓶提供的氮氣按照氫氣和空氣不加濕路線進行掃氣處理。

本發(fā)明是使氣體(H2和Air)在各自設(shè)定的其他變量相同的環(huán)境下，分別測出不同溫度、濕度以及壓力對燃料電池的性能影響。

采用本發(fā)明可以對燃料電池堆系統(tǒng)的單一參數(shù)進行測試，方法安全，性能穩(wěn)定，在單一變量下測得燃料電池的性能參數(shù)，可以更精確、更全面地了解電堆性能。并且此燃料電池的測試反應(yīng)后只生成水，不含有任何污染物，實現(xiàn)了污染物的零排放。

附圖說明

圖1是本發(fā)明一種燃料電池參數(shù)控制系統(tǒng)及其工作方法的總體方案流程圖。

圖中：1-空壓機，2-減壓閥，3-壓力表，4-過濾器，5-供氣控制閥，6-流量計，7-加濕路線控制閥，8-加濕器，9-補水控制閥，10-補水器，11-手動閥，12-干氣路線控制閥，13-壓力傳感器一，14-溫度傳感器，15-燃料電池堆，16-壓力傳感器二，17-背壓閥，18-水罐，19-PC端控制與顯示裝置，20-氫氣瓶，21-氮氣瓶。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步詳細描述：

本發(fā)明以質(zhì)子交換膜燃料電池為例，對其參數(shù)控制的系統(tǒng)及工作方法進行介紹，但是此具體實施例不應(yīng)被視作對本發(fā)明技術(shù)方案的限制。

根據(jù)圖1，本發(fā)明的燃料電池參數(shù)控制系統(tǒng)主要包括空壓機1、減壓閥2、壓力表3、過濾器4、供氣控制閥5、流量計6、加濕路線控制閥7、加濕器8、補水控制閥9、補水器10、手動閥11、干氣路線控制閥12、壓力傳感器一13、溫度傳感器14、燃料電池堆15、壓力傳感器二16、背壓閥17、水罐18、PC端控制與顯示裝置19、氫氣瓶20。

如圖1所示，空壓機1依次經(jīng)過減壓閥2、壓力表3、過濾器4、供氣控制閥5與流量計6連接。流量計6分別經(jīng)加濕路線控制閥7連接加濕器8、經(jīng)干氣路線控制閥12連接壓力傳感器一13。加濕器8經(jīng)補水控制閥9連接補水器10，加濕器8還連接有手動閥11。

壓力傳感器一13、經(jīng)溫度傳感器14與燃料電池堆15相連。燃料電池堆15依次壓力傳感器二16、背壓閥17與水罐18相連，同時燃料電池堆15連接PC端控制與顯示裝置19。

再參照附圖1，氫氣瓶20依次經(jīng)過減壓閥、壓力、過濾器、供氣控制閥與流量計連接。并且，氮氣瓶21依次經(jīng)過減壓閥、壓力表、過濾器、供氣控制閥與流量計連接。也就是說，空壓機1、氫氣瓶20、氮氣瓶21分別經(jīng)減壓閥2、壓力3、過濾器4、供氣控制閥5形成并聯(lián)結(jié)構(gòu)。

其中，氮氣瓶21所在氣路作為該控制系統(tǒng)的安全保護裝置。

本發(fā)明的工作原理和方法如下：

本發(fā)明的燃料電池參數(shù)控制系統(tǒng)，通過空壓機1、氫氣瓶20的并聯(lián)結(jié)構(gòu)，用閥體實現(xiàn)只改變氣體溫度、濕度或壓力其中一個變量，保持其他變量不變，使氣體進入燃料電池堆(氫氣從電堆陽極進入，空氣從電堆陰極進入)，PC端控制與顯示裝置19控制各個閥和傳感器，由空壓機1和氫氣瓶20提供的氣體通過各自支路上的減壓閥、壓力表、過濾器、流量計，經(jīng)濕度控制裝置(包括加濕通路、不加濕通路)控制濕度，再經(jīng)由壓力傳感器和溫度傳感器進入燃料電池堆，氣體進入電堆充分反應(yīng)后，對水汽進行分離處理，當(dāng)排出的水達到一定量時，即可將水排入水罐進行排水處理，濕度控制裝置中的水通過裝置內(nèi)的補水器進行補水，通過手動閥進行排水。

PC端控制與顯示裝置19控制各個閥和傳感器，由空壓機1和氫氣瓶20提供的氣體通過各自減壓閥2、壓力表3(0.2-0.25MPa)、過濾器4(過濾雜質(zhì))、流量計6，經(jīng)濕度控制裝置(包括加濕通路、不加濕通路)控制濕度，再經(jīng)由壓力傳感器13和溫度傳感器14進入燃料電池堆15，氣體進入電堆充分反應(yīng)后，通過壓力傳感器16檢測回路內(nèi)的壓力，并由背壓閥17控制壓力，水汽在進行分離處理后，氣體排到室外，水進入水罐18，整個控制系統(tǒng)采用了PC端控制與顯示裝置的反饋調(diào)節(jié)，使溫度、濕度、壓力以及其他參數(shù)在整個系統(tǒng)工作時達到穩(wěn)定,并將數(shù)據(jù)傳輸?shù)絇C端控制與顯示裝置19進行記錄和后續(xù)處理。

此外，該系統(tǒng)設(shè)有氮氣瓶21安全保護裝置，當(dāng)系統(tǒng)運行進程出現(xiàn)錯誤或問題時，氮氣瓶提供的氮氣會按照氫氣和空氣不加濕路線進行掃氣處理。

本發(fā)明在控制溫度、濕度以及壓力其中單一變量時，采用了PC端控制與顯示裝置的反饋調(diào)節(jié)，使溫度、濕度、壓力以及其他參數(shù)在整個系統(tǒng)工作時達到穩(wěn)定,并將數(shù)據(jù)傳輸?shù)絇C端控制與顯示裝置進行記錄和后續(xù)處理。

本發(fā)明系統(tǒng)的燃料電池可以作為車載電源、備用電源、家用電子產(chǎn)品電源等使用。也可以工作在汽車、火車、船舶等交通工具上。同時，也可應(yīng)用于小型集中供電或分散式供電系統(tǒng)。

對于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言，顯然本發(fā)明不限于上述示范性實施例的細節(jié)，而且在不背離本發(fā)明的精神或基本特征的情況下，能夠以其他的具體形式實現(xiàn)本發(fā)明。因此，無論從哪一點來看，均應(yīng)將實施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本發(fā)明的范圍由所附權(quán)利要求而不是上述說明限定，因此旨在將落在權(quán)利要求的等同要件的含義和范圍內(nèi)的所有變化囊括在本發(fā)明內(nèi)。不應(yīng)將權(quán)利要求中的任何附圖標記視為限制所涉及的權(quán)利要求。

此外，應(yīng)當(dāng)理解，雖然本說明書按照實施方式加以描述，但并非每個實施方式僅包含一個獨立的技術(shù)方案，說明書的這種敘述方式僅僅是為清楚起見，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)將說明書作為一個整體，各實施例中的技術(shù)方案也可以經(jīng)適當(dāng)組合，形成本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解的其他實施方式。

本發(fā)明不限于以上對實施例的描述，本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)本發(fā)明揭示的內(nèi)容，在本發(fā)明基礎(chǔ)上不必經(jīng)過創(chuàng)造性勞動所進行的改進和修改，比如氮氣保護裝置的使用，加濕器對溫度控制等，都應(yīng)該在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。