[發(fā)明專(zhuān)利]質(zhì)子交換膜燃料電池測(cè)試平臺(tái)溫度控制系統(tǒng)及其控制方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310045918.3
• 申請(qǐng)日: 2013-02-05
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN103137991A
• 公開(kāi)（公告）日: 2013-06-05
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 顧榮鑫;張?jiān)妭?/a>;張超;沈軍;陶少龍;陳凌云;徐麟
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 昆山弗爾賽能源有限公司
• 主分類(lèi)號(hào): H01M8/04
• 分類(lèi)號(hào): H01M8/04
• 代理公司: 上海宏威知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 31250
• 代理人: 金利琴

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種燃料電池測(cè)試平臺(tái)，尤其涉及一種測(cè)試質(zhì)子交換膜燃料電池測(cè)試平臺(tái)用的溫度控制系統(tǒng)及其控制方法。

背景技術(shù)

當(dāng)今全球能源緊張，油價(jià)高漲，尋找新能源作為化石燃料的替代品是當(dāng)務(wù)之急。燃料電池被認(rèn)為是繼水力、火力和原子能發(fā)電后的第四代發(fā)電技術(shù)，它通過(guò)電催化反應(yīng)將氧化劑和還原劑的化學(xué)能直接轉(zhuǎn)換成電能，是一種高效、安全、清潔、靈活的新型發(fā)電技術(shù)。其中的質(zhì)子交換膜燃料電池因其具有效率高、能量密度大、反應(yīng)溫度低、無(wú)噪音、無(wú)污染等顯著優(yōu)點(diǎn)而在地面發(fā)電站、電動(dòng)車(chē)和便攜式電源等方面具有廣泛的應(yīng)用前景。燃料電池內(nèi)部主要由質(zhì)子交換膜、電化學(xué)反應(yīng)催化劑、擴(kuò)散層和雙極板組成。當(dāng)燃料電池工作時(shí)，其內(nèi)部發(fā)生下述反應(yīng)過(guò)程：反應(yīng)氣體在擴(kuò)散層內(nèi)擴(kuò)散，當(dāng)反應(yīng)氣體到達(dá)催化層時(shí)，在催化層內(nèi)被催化劑吸附并發(fā)生電催化反應(yīng)；陽(yáng)極反應(yīng)生成的質(zhì)子通過(guò)質(zhì)子交換膜內(nèi)傳遞到陰極側(cè)，電子經(jīng)外電路到達(dá)陰極，同氧分子反應(yīng)結(jié)合成水，同時(shí)放出熱量。電極反應(yīng)為：

陽(yáng)極（負(fù)極）：H₂→2H⁺+2e

陰極（正極）：1/2O₂+2H⁺+2e→H₂O

電池反應(yīng)：H₂+1/2O₂→H₂O

一個(gè)典型的質(zhì)子交換膜燃料電池中，膜電極放在兩塊導(dǎo)電的導(dǎo)流極板中間，兩塊導(dǎo)流板分別是陽(yáng)極燃料的導(dǎo)流板與陰極氧化劑的導(dǎo)流板。這樣形成的一個(gè)燃料電池稱(chēng)為單電池，為了增大整個(gè)質(zhì)子交換膜燃料電池的總功率，需要將多個(gè)單電池通過(guò)直疊的方式串聯(lián)成電池組，又叫燃料電池電堆。在燃料電池電堆中，一塊極板的兩面都可以有導(dǎo)流槽，其中一面可以作為一個(gè)膜電極的陽(yáng)極導(dǎo)流面，另一面又可作為另一個(gè)相鄰膜電極的陰極導(dǎo)流面，這種極板叫做雙極板。電堆通過(guò)前端板、后端板及拉桿緊固在一起。

燃料電池堆在運(yùn)行時(shí)，對(duì)冷卻溫度要求比較高，在運(yùn)行過(guò)程中一旦進(jìn)入電堆的冷卻水溫度不能穩(wěn)定的控制，則將導(dǎo)致電堆性能上的衰減和無(wú)法正常運(yùn)行，對(duì)電堆本身造成極大的影響，需要為測(cè)試平臺(tái)設(shè)計(jì)溫度控制系統(tǒng)。

中國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)?zhí)枮?00820232029.2的發(fā)明涉及一種新型燃料電池冷卻系統(tǒng)，包括燃料電池堆、水箱、冷卻水泵、散熱器，冷卻水泵出水口連接散熱器高端入水口；散熱器低端出水口連接燃料電池堆；散熱器高端排氣口連接球閥入水箱。本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)是燃料電池冷卻系統(tǒng)可以使系統(tǒng)加水迅速，運(yùn)行時(shí)可提高散熱效果，使冷卻水泵工作性能更可靠。缺點(diǎn)在于控制散熱器的響應(yīng)速度慢不能精確的控制冷卻水的溫度，溫度波動(dòng)較大，長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行燃料電池堆時(shí)性能不穩(wěn)定。

中國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)?zhí)枮?01020595016.9的發(fā)明提供了一種質(zhì)子交換膜燃料電池測(cè)試平臺(tái)溫度控制系統(tǒng)，包括燃料電池堆、與燃料電池堆連接的板式換熱器、循環(huán)水箱、循環(huán)水泵、電磁閥和溫控儀，電磁閥串接在外循環(huán)冷卻水進(jìn)水管路與板式換熱器的外循環(huán)水端的進(jìn)水口之間連接的管路中，電磁閥的電控部分與溫控儀電連接，循環(huán)水箱中設(shè)有熱電偶，熱電偶用信號(hào)線(xiàn)與溫控儀電連接。本實(shí)用新型與現(xiàn)有技術(shù)比較，具有以下有益效果：采用電磁閥通斷方式調(diào)節(jié)外循環(huán)冷卻水流量，可有效地保證燃料電池電堆運(yùn)動(dòng)態(tài)行過(guò)程中的溫度穩(wěn)定性，確保了電堆輸出性能的穩(wěn)定。缺點(diǎn)是通過(guò)電磁閥來(lái)控制外循環(huán)側(cè)的水流量，在冷卻水溫度升高時(shí)才會(huì)通過(guò)控制電磁閥的開(kāi)關(guān)來(lái)調(diào)節(jié)水溫，這樣的冷卻方式不穩(wěn)定，不能精確的控制冷卻水溫度。

以上專(zhuān)利的增濕方式都存在缺陷：

1.在冷卻水溫度超過(guò)到燃料電池堆運(yùn)行要求時(shí)，才會(huì)啟動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行冷卻，系統(tǒng)的響應(yīng)速度慢；

2.在燃料電池堆穩(wěn)定運(yùn)行的情況下，冷卻水溫度波動(dòng)較大對(duì)燃料電池堆的性能有影響；

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是為克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出一種在燃料電池測(cè)試平臺(tái)的內(nèi)外循環(huán)管路中安裝液體流量控制器和熱電偶，系統(tǒng)內(nèi)部設(shè)定的板式換熱器的換熱量和檢測(cè)出燃料電池堆運(yùn)行時(shí)內(nèi)循環(huán)水的溫度流量和外循環(huán)水的溫度反饋給溫度流量控制儀控制外循環(huán)水管路上的液體流量控制器的流量，來(lái)控制內(nèi)循環(huán)水的溫度的控制系統(tǒng)和控制方法，從而控制燃料電池電堆的動(dòng)態(tài)和穩(wěn)態(tài)運(yùn)行溫度。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明通過(guò)以下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)：