一種直接甲醇燃料電池測試系統的製作方法
2023-11-10 12:33:17 1
專利名稱：一種直接甲醇燃料電池測試系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種燃料電池測試系統，尤其是涉及一種直接甲醇燃料電池測試系統。
背景技術：
隨著人類社會的發展，人們對能源的需求日益增加，對環境也更為關注。燃料電池技術是一種將外部持續供給的燃料和氧化劑通過非燃燒的電化學能量轉換裝置。直接甲醇燃料電池是將甲醇做為燃料，空氣中的氧氣做為氧化劑通過電化學反應而轉化為電能。直接甲醇燃料電池具有來源豐富，價格低廉，商業應用廣泛的特點。目前對直接甲醇燃料電池的機理研究還不夠深化，如何提高燃料電池壽命，降低燃料電池成本也是燃料電池產業化和商業化過程中需要克服的難點，目前很少有文獻披露能模擬甲醇燃料電池在真實環境進行工作的測試系統。
發明內容
本發明所要解決的技術問題是提供一種直接甲醇燃料電池測試系統，其能模擬甲醇燃料電池在真實環境狀態下進行工作情況，方便對甲醇燃料電池的各方面性能進行測試。本發明解決上述技術問題所採用的技術方案為一種直接甲醇燃料電池測試系統，包括甲醇燃料電堆、電子負載、甲醇迴路、空氣迴路、氮氣吹掃迴路、尾氣處理裝置、電堆熱管理裝置和負載冷卻迴路，所述的甲醇燃料電堆與電子負載連接，甲醇迴路與甲醇燃料電堆連接，空氣迴路與甲醇燃料電堆連接，氮氣吹掃迴路與甲醇燃料電堆連接，尾氣處理裝置與甲醇燃料電堆連接，電堆熱管理裝置與甲醇燃料電堆連接，負載冷卻迴路與電子負載連接。甲醇迴路包括第一過濾減壓裝置、第一電磁閥、第一液體流量控制器、第一止回閥、第二電磁閥、第三電磁閥、燃料氣化處理裝置和第一保溫處理裝置，甲醇依次通過第一過濾減壓裝置、第一電磁閥、第一液體流量控制器、第一止回閥、第二電磁閥、燃料氣化處理裝置和第一保溫處理裝置後進入到甲醇燃料電堆的陽極；第二電磁閥接在第一止回閥的輸出端與第一保溫處理裝置的輸入端之間；
空氣迴路包括第二過濾減壓裝置、第四電磁閥、第一氣體流量控制器、第二止回閥、第五電磁閥、第六電磁閥、加溼處理裝置和第二保溫處理裝置，空氣依次通過第二過濾減壓裝置、第四電磁閥、第一氣體流量控制器、第二止回閥、第五電磁閥、加溼處理裝置和第二保溫處理裝置後進入到甲醇燃料電堆的陰極，第六電磁閥接在第二止回閥的輸出端與第二保溫處理裝置的輸入端之間；
氮氣吹掃迴路包括第三過濾減壓裝置、第七電磁閥、第二氣體流量控制器、第三止回閥、第八電磁閥、第三氣體流量控制器和第四止回閥，氮氣依次通過第三過濾減壓裝置、第七電磁閥、第二氣體流量控制器、第三止回閥進入到第二電磁閥的輸入端；氮氣依次通過第三過濾減壓裝置、第八電磁閥、第三氣體流量控制器、第四止回閥進入到第五電磁閥的輸入端。加溼處理裝置包括第一容器、第二容器和第一循環泵，第一容器與第二容器相互連通，第一循環泵設置在第一容器和第二容器之間，第一容器的上端設置有噴淋頭，第二容器的下端設置有第一加熱棒，第五電磁閥與第一容器連通；
去離子水依次經過過濾器、加水泵、第九電磁閥、第五止回閥進入到第一容器的下端，第一容器的上端與第二保溫處理裝置的輸入端連通。電堆熱管理裝置包括第三容器和熱交換器，去離子水經過所述的過濾器、加水泵、第十電磁閥和第六止回閥後進入到第三容器內，第三容器內設置有第二加熱棒，第三容器內的去離子水依次經過第二循環泵、熱交換器、第二液體流量控制器進入到甲醇燃料電堆，然後從甲醇燃料內出來後進入到第三容器內，冷卻水經過第四過濾減壓裝置、第十一電磁閥和第一球閥後流經熱交換器。
負載冷卻迴路包括第四過濾減壓裝置、第十二電磁閥和第二球閥，冷卻水依次經過第四過濾減壓裝置、第十二電磁閥和第二球閥後流經電子負載上的散熱器
與現有技術相比，本發明的優點是模擬甲醇燃料電池在真實環境狀態下進行工作情況，方便對甲醇燃料電池的各方面性能進行測試，如能對直接甲醇燃料電池進行L-V曲線測試、不同工況的性能測試、負載測試及燃料電池壽命測試。
圖I為本發明的結構框圖；
圖2為本發明的總結構 圖3為本發明的空氣迴路和加溼處理裝置的結構圖。
具體實施例方式以下結合附圖實施例對本發明作進一步詳細描述。一種直接甲醇燃料電池測試系統，包括甲醇燃料電堆I、電子負載2、甲醇迴路3、空氣迴路4、氮氣吹掃迴路5、尾氣處理裝置6、電堆熱管理裝置7和負載冷卻迴路8，甲醇燃料電堆！與電子負載2連接，甲醇迴路3與甲醇燃料電堆I連接，空氣迴路4與甲醇燃料電堆I連接，氮氣吹掃迴路5與甲醇燃料電堆I連接，尾氣處理裝置6與甲醇燃料電堆I連接，電堆熱管理裝置7與甲醇燃料電堆I連接，負載冷卻迴路8與電子負載2連接。測量儀器包括溫度測量儀器、壓力測量儀器、水質測量儀器和萬用表等，可以測量系統的各個節點進行溫度、壓力、水質、電流電壓等項目的測試。甲醇迴路3包括第一過濾減壓裝置9、第一電磁閥10、第一液體流量控制器11、第一止回閥12、第二電磁閥13、第三電磁閥14、燃料氣化處理裝置15和第一保溫處理裝置16，甲醇依次通過第一過濾減壓裝置9、第一電磁閥10、第一液體流量控制器11、第一止回閥12、第二電磁閥13、燃料氣化處理裝置15和第一保溫處理裝置16後進入到甲醇燃料電堆I的陽極；第二電磁閥13接在第一止回閥12的輸出端與第一保溫處理裝置16的輸入端之間；
空氣迴路4包括第二過濾減壓裝置17、第四電磁閥18、第一氣體流量控制器19、第二止回閥20、第五電磁閥21、第六電磁閥22、加溼處理裝置23和第二保溫處理裝置24，空氣依次通過第二過濾減壓裝置17、第四電磁閥18、第一氣體流量控制器19、第二止回閥20、第五電磁閥21、加溼處理裝置23和第二保溫處理裝置24後進入到甲醇燃料電堆I的陰極，第六電磁閥22接在第二止回閥20的輸出端與第二保溫處理裝置24的輸入端之間；
氮氣吹掃迴路包括第三過濾減壓裝置25、第七電磁閥26、第二氣體流量控制器27、第三止回閥28、第八電磁閥29、第三氣體流量控制器30和第四止回閥31，氮氣依次通過第三過濾減壓裝置25、第七電磁閥26、第二氣體流量控制器27、第三止回閥28進入到第二電磁閥13的輸入端；氮氣依次通過第三過濾減壓裝置25、第八電磁閥29、第三氣體流量控制器30、第四止回閥31進入到第五電磁閥21的輸入端。
加溼處理裝置包括第一容器32、第二容器33和第一循環泵34，第一容器32與第二容器33相互連通，第一循環泵34設置在第一容器32和第二容器33之間，第一容器32的上端設置有噴淋頭，第二容器33的下端設置有第一加熱棒35,第五電磁閥21與第一容器32連通；
去離子水依次經過過濾器36、加水泵37、第九電磁閥38、第五止回閥39進入到第一容器32的下端，第一容器32的上端與第二保溫處理裝置24的輸入端連通。電堆熱管理裝置7包括第三容器40和熱交換器41，去離子水經過所述的過濾器36、加水泵37、第十電磁閥42和第六止回閥43後進入到第三容器40內，第三容器40內設置有第二加熱棒44，第三容器40內的去離子水依次經過第二循環泵54、熱交換器41、第二液體流量控制器46進入到甲醇燃料電堆1，然後從甲醇燃料電堆I內出來後進入到第三容器40內，冷卻水經過第四過濾減壓裝置50、第十一電磁閥48和第一球閥49後流經熱交換器41。負載冷卻迴路8包括第四過濾減壓裝置50、第十二電磁閥51和第二球閥52，冷卻水依次經過第四過濾減壓裝置50、第十二電磁閥51和第二球閥52後流經電子負載上的散熱器53。第一保溫處理裝置16與甲醇燃料電堆I之間的管道上設置第一測壓點53和第一測溫點55，甲醇燃料電堆I與尾氣處理裝置6之間的管道上設置有第二測壓點56，第二保溫處理裝置24與甲醇燃料電堆I之間的管道上設置有第三測壓點57和第二測溫點58，第二液體流量控制46與甲醇燃料電堆I之間的管道上設置有第三測溫點59和第四測壓點60和水質檢測點61。本發明的主要組成部分工作流程說明
I.甲醇迴路燃料甲醇通過過濾器及減壓處理後進入系統管道，流量控制器與電磁閥配合控制進入燃料電池的燃料供給量，液體流量控制器根據來自上位機的流量設定值採用智能控制方式將流量穩定在設定值上，一定量的燃料甲醇可選擇進行氣化處理或直接以液體的形式通過保溫處理系統，然後進入燃料電池的陽極。2.空氣迴路空氣經過過濾減壓處理進入系統管道，質量流量控制器與電磁閥配合控制進入燃料電池的空氣供給量，質量流量控制器根據上位機的流量設定值自動調整到設定值。一定量的氣體可選擇進行加溼後或直接進入陰極保溫處理系統的。溫度為一定範圍內的氣體進入燃料電池的陰極。3.加溼處理裝置使用者可通過電磁閥選擇加溼還是幹氣進入保溫處理模塊。空氣首先進入充滿去離子水的第一容器的底部，進行鼓泡式加溼。加溼系統中的循環泵使該子系統中的去離子水循環起來，循環水進入第二容器，進行加熱處理，此容器的去離子水再通過第一容器的頂部一噴頭對由第一容器底部進入的氣體進行噴淋加溼。鼓泡式加溼和噴淋加溼結合使用可使氣體得到充分的溼潤，進入保溫處理模塊。第一容器中去離子水隨著試驗的進行會不斷消耗，本系統是自動控制補水來滿足試驗過程去離子水的需求。4.氮氣吹掃迴路當系統進入報警狀態時，氮氣(N2)吹掃功能啟用。氮氣經過濾和減壓處理後進入系統管道，系統報警開啟電磁閥氮氣以一固定的流量對陽極燃料所經管道進行吹掃並同時對陰極空氣所經管道進行吹掃，對電堆進行保護作用。5.電堆熱管理裝置燃料電池在工作時會產生熱量，為維持電池組工作溫度的穩定，必須將廢熱排出。為確保電池組各部分工作溫度均勻，尤其在大電流密度工作時，防止電池組的局部過熱，電池組內設置帶排熱的雙極板，即排熱板，通入冷卻液循環排熱。本系統採用的冷卻液為去離子水，由於燃料電堆對冷卻液的水質有一定的要求，在進入電堆的入口處裝有水質檢測儀。本系統採用熱管理方案——即可降溫也可升溫。系統在去離子水通入到甲醇燃料電池的冷卻液進口，對冷卻液溫度的進行檢測，將入口溫度與系統設定值 比較，若低於系統設定值啟動加熱控制，將水溫控制在設定的溫度範圍內，維持電堆的工作溫度；若當前溫度高於系統設定值啟動降溫電磁閥，將流經電堆內所有散熱板的冷卻液，通過散熱器，控制系統智能控制散熱器出口背壓閥的開度來控制冷卻水的流量，以達到最優散熱效果。6.負載冷卻迴路電池放電系統採用自主研發的水冷電子負載，可以提供不同模式下的放電模式。電子負載降溫通路，啟動電子負載時水冷電磁閥啟動，冷卻水經電磁閥到具有節流作用的球閥然後由水冷電子負載的冷卻水管道進口進入，為電子負載降溫，冷卻水由管道出口排出。7.保溫處理裝置氣化燃料(液體燃料)通過纏繞加熱帶的管道保持在一定的溫度進入甲醇燃料電池的陽極。加溼空氣(幹氣)通過纏繞加熱帶的管道保持一定的溫度進入到燃料電池的陰極。
權利要求
1.一種直接甲醇燃料電池測試系統，其特徵在於包括甲醇燃料電堆、電子負載、甲醇迴路、空氣迴路、氮氣吹掃迴路、尾氣處理裝置、電堆熱管理裝置和負載冷卻迴路，所述的甲醇燃料電堆與電子負載連接，甲醇迴路與甲醇燃料電堆連接，空氣迴路與甲醇燃料電堆連接，氮氣吹掃迴路與甲醇燃料電堆連接，尾氣處理裝置與甲醇燃料電堆連接，電堆熱管理裝置與甲醇燃料電堆連接，負載冷卻迴路與電子負載連接。
2.根據權利要求I所述的一種直接甲醇燃料電池測試系統，其特徵在於甲醇迴路包括第一過濾減壓裝置、第一電磁閥、第一液體流量控制器、第一止回閥、第二電磁閥、第三電磁閥、燃料氣化處理裝置和第一保溫處理裝置，甲醇依次通過第一過濾減壓裝置、第一電磁閥、第一液體流量控制器、第一止回閥、第二電磁閥、燃料氣化處理裝置和第一保溫處理裝置後進入到甲醇燃料電堆的陽極；第二電磁閥接在第一止回閥的輸出端與第一保溫處理裝置的輸入端之間； 空氣迴路包括第二過濾減壓裝置、第四電磁閥、第一氣體流量控制器、第二止回閥、第五電磁閥、第六電磁閥、加溼處理裝置和第二保溫處理裝置，空氣依次通過第二過濾減壓裝置、第四電磁閥、第一氣體流量控制器、第二止回閥、第五電磁閥、加溼處理裝置和第二保溫處理裝置後進入到甲醇燃料電堆的陰極，第六電磁閥接在第二止回閥的輸出端與第二保溫處理裝置的輸入端之間； 氮氣吹掃迴路包括第三過濾減壓裝置、第七電磁閥、第二氣體流量控制器、第三止回閥、第八電磁閥、第三氣體流量控制器和第四止回閥，氮氣依次通過第三過濾減壓裝置、第七電磁閥、第二氣體流量控制器、第三止回閥進入到第二電磁閥的輸入端；氮氣依次通過第三過濾減壓裝置、第八電磁閥、第三氣體流量控制器、第四止回閥進入到第五電磁閥的輸入端。
3.根據權利要求2所述的一種直接甲醇燃料電池測試系統，其特徵在於加溼處理裝置包括第一容器、第二容器和第一循環泵，第一容器與第二容器相互連通，第一循環泵設置在第一容器和第二容器之間，第一容器的上端設置有噴淋頭，第二容器的下端設置有第一加熱棒，第五電磁閥與第一容器連通； 去離子水依次經過過濾器、加水泵、第九電磁閥、第五止回閥進入到第一容器的下端，第一容器的上端與第二保溫處理裝置的輸入端連通。
4.根據權利要求3所述的一種直接甲醇燃料電池測試系統，其特徵在於電堆熱管理裝置包括第三容器和熱交換器，去離子水經過所述的過濾器、加水泵、第十電磁閥和第六止回閥後進入到第三容器內，第三容器內設置有第二加熱棒，第三容器內的去離子水依次經過第二循環泵、熱交換器、第二液體流量控制器進入到甲醇燃料電堆，然後從甲醇燃料內出來後進入到第三容器內，冷卻水經過第四過濾減壓裝置、第十一電磁閥和第一球閥後流經熱交換器。
5.根據權利要求4所述的一種直接甲醇燃料電池測試系統，其特徵在於負載冷卻迴路包括第四過濾減壓裝置、第十二電磁閥和第二球閥，冷卻水依次經過第四過濾減壓裝置、第十二電磁閥和第二球閥後流經電子負載上的散熱器。
全文摘要
本發明公開了一種直接甲醇燃料電池測試系統，包括甲醇燃料電堆、電子負載、甲醇迴路、空氣迴路、氮氣吹掃迴路、尾氣處理裝置、電堆熱管理裝置和負載冷卻迴路，所述的甲醇燃料電堆與電子負載連接，甲醇迴路與甲醇燃料電堆連接，空氣迴路與甲醇燃料電堆連接，氮氣吹掃迴路與甲醇燃料電堆連接，尾氣處理裝置與甲醇燃料電堆連接，電堆熱管理裝置與甲醇燃料電堆連接，負載冷卻迴路與電子負載連接，其優點是模擬甲醇燃料電池在真實環境狀態下進行工作情況，方便對甲醇燃料電池的各方面性能進行測試，如能對直接甲醇燃料電池進行L-V曲線測試、不同工況的性能測試、負載測試及燃料電池壽命測試。
文檔編號G01R31/36GK102830359SQ20121028696
公開日2012年12月19日 申請日期2012年8月13日 優先權日2012年8月13日
發明者劉存霖, 黃平, 熊宗保, 文海霞, 李文東, 王立軍 申請人:寧波拜特測控技術有限公司