[發明專利]基于PLC控制的燃料電池測試平臺循環水控制系統

無效

• 申請號: 201310045920.0
• 申請日: 2013-02-05
• 公開（公告）號: CN103165928A
• 公開（公告）日: 2013-06-19
• 發明（設計）人: 顧榮鑫;趙偉;張超;陶少龍;張詩偉;陳凌云;徐麟
• 申請（專利權）人: 昆山弗爾賽能源有限公司
• 主分類號: H01M8/04
• 分類號: H01M8/04
• 代理公司: 上海宏威知識產權代理有限公司 31250
• 代理人: 金利琴

技術領域

本發明涉及一種質子交換膜燃料電池技術領域的測試平臺，尤其涉及測試用的水循環系統是獨立的并由PLC控制的。

背景技術

燃料電池是通過電催化反應將氧化劑和還原劑的化學能直接轉換成電能的裝置，是一種高效、安全、清潔、靈活的新型發電技術。其中的質子交換膜燃料電池因其具有效率高、能量密度大、反應溫度低、無噪音、無污染等顯著優點而在地面發電站、電動車和便攜式電源等方面具有廣泛的應用前景。燃料電池內部主要由質子交換膜、電化學反應催化劑、擴散層和雙極板組成。當燃料電池工作時，其內部發生下述反應過程：反應氣體在擴散層內擴散，當反應氣體到達催化層時，在催化層內被催化劑吸附并發生電催化反應；陽極反應生成的質子通過質子交換膜內傳遞到陰極側，電子經外電路到達陰極，同氧分子反應結合成水，同時放出熱量。電極反應為：

陽極（負極）：H₂→2H⁺+2e

陰極（正極）：1/2O₂+2H⁺+2e→H₂O

電池反應：H₂+1/2O₂→H₂O

一個典型的質子交換膜燃料電池中，膜電極放在兩塊導電的導流極板中間，兩塊導流板分別是陽極燃料的導流板與陰極氧化劑的導流板，這樣形成的一個燃料電池稱為單電池。一塊極板的兩面都可以有導流槽，其中一面可以作為一個膜電極的陽極導流面，另一面又可作為另一個相鄰膜電極的陰極導流面，這種極板叫做雙極板。而每一塊雙極板本身分解后又是中間用專用銑刻刀加工的水流場，質子交換膜燃料電池工作時產生的熱量就是由水流場帶走的。為了增大整個質子交換膜燃料電池的總功率，通常將多個單電池通過直疊的方式串聯成電池組，所以又稱燃料電池電堆。而每一個電堆是通過前端板、后端板及中間的緊固連接桿將中間多個含有膜電極的雙極板組裝連接在一起的。

燃料電池發電系統主要由燃料電池堆與電池堆支持運行系統組成。當燃料電池發電系統用作車、船等運載工具的動力系統時，燃料電池發電系統又叫做燃料電池發動機。

現今的質子交換膜燃料電池常用的測試平臺一般都是用單片機和應用軟件組成的帶有監控的測試系統。燃料電池安裝到測試平臺，測試系統的三個流場氫氣流場、水流場、空氣流場進出口分別設置了各種采集信號用的傳感器，如：流量、溫度、壓力、濕度、電流、電壓等各種模擬量的傳感器。測試系統根據各種傳感器的采集數據來對燃料電池的各項測試提供相關的數據參考，為產品性能評估提供依據。但是目前燃料電池在冬天氣溫較低情況下測試時往往會遇到電堆升溫緩慢，因為常溫電堆必須等循環水溫度升高到30攝氏度以上，電堆才能逐步加大負載測試其相關的性能。若是檢測節數不多的短堆時電堆升溫慢的情況更為嚴重，等待的時間會更長。

專利號為200810036146.6和200820114566.7質子交換膜燃料電池測試平臺也談到水路加熱，但是沒有涉及具體的加熱方式和加熱的具體控制。

專利號為201020160727.3質子交換膜燃料電池測試平臺，提到水進傳感器、水出傳感器水泵等只跟散熱系統有關的介紹，而沒有具體講到水循環要加熱的問題，尤其未涉及測試平臺在冷天工作和循環水需要快速加溫的話題。

專利號為2011020595016.9和201010534064.1質子交換膜燃料電池測試平臺溫度控制是用溫控儀控制電磁閥實現內循環和外循環的切換，它主要闡述了電堆散熱后的溫度動態穩定的控制，從而來實現電堆穩定的功率輸出而非電堆循環水的快速加溫。關于循環水如何加溫從它的專利文章看只是靠電堆工作自身發熱給循環水加熱的。

專利號為200510023727.2質子交換膜燃料電池發電系統談到水箱里有加熱裝置但未闡明用的材料和相關控制器件。他的專利文章中對加熱裝置和水箱內水結冰凍結時如何具體的控制的方案未提過，而且對循環水的快速升溫也未作詳細說明。這個專利強調過三通閥的作用，主要依靠燃料電池電堆工作后產生的熱量來加熱的。但在氣溫低的冬天的話燃料電池電堆靠自身產生的熱達到電堆水循環理想的工作溫度點還是要經過較長的時間等待的。