[實(shí)用新型]基于PLC控制的燃料電池測(cè)試平臺(tái)循環(huán)水控制系統(tǒng)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201320068545.7
• 申請(qǐng)日: 2013-02-05
• 公開（公告）號(hào): CN203179989U
• 公開（公告）日: 2013-09-04
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 顧榮鑫;趙偉;張超;陶少龍;張?jiān)妭?/a>;陳凌云;徐麟
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 昆山弗爾賽能源有限公司
• 主分類號(hào): H01M8/04
• 分類號(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

本實(shí)用新型涉及一種質(zhì)子交換膜燃料電池技術(shù)領(lǐng)域的測(cè)試平臺(tái)，尤其涉及測(cè)試用的水循環(huán)系統(tǒng)是獨(dú)立的并由PLC控制的。

背景技術(shù)

燃料電池是通過電催化反應(yīng)將氧化劑和還原劑的化學(xué)能直接轉(zhuǎn)換成電能的裝置，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、無噪音、無污染等顯著優(yōu)點(diǎn)而在地面發(fā)電站、電動(dòng)車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)；陽極反應(yīng)生成的質(zhì)子通過質(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)燃料電池稱為單電池。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。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(chǎng)，質(zhì)子交換膜燃料電池工作時(shí)產(chǎn)生的熱量就是由水流場(chǎng)帶走的。為了增大整個(gè)質(zhì)子交換膜燃料電池的總功率，通常將多個(gè)單電池通過直疊的方式串聯(lián)成電池組，所以又稱燃料電池電堆。而每一個(gè)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(gè)含有膜電極的雙極板組裝連接在一起的。

燃料電池發(fā)電系統(tǒng)主要由燃料電池堆與電池堆支持運(yùn)行系統(tǒng)組成。當(dāng)燃料電池發(fā)電系統(tǒng)用作車、船等運(yùn)載工具的動(dòng)力系統(tǒng)時(shí)，燃料電池發(fā)電系統(tǒng)又叫做燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)。

現(xiàn)今的質(zhì)子交換膜燃料電池常用的測(cè)試平臺(tái)一般都是用單片機(jī)和應(yīng)用軟件組成的帶有監(jiān)控的測(cè)試系統(tǒng)。燃料電池安裝到測(cè)試平臺(tái)，測(cè)試系統(tǒng)的三個(gè)流場(chǎng)氫氣流場(chǎng)、水流場(chǎng)、空氣流場(chǎng)進(jìn)出口分別設(shè)置了各種采集信號(hào)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(cè)試系統(tǒng)根據(jù)各種傳感器的采集數(shù)據(jù)來對(duì)燃料電池的各項(xiàng)測(cè)試提供相關(guān)的數(shù)據(jù)參考，為產(chǎn)品性能評(píng)估提供依據(jù)。但是目前燃料電池在冬天氣溫較低情況下測(cè)試時(shí)往往會(huì)遇到電堆升溫緩慢，因?yàn)槌仉姸驯仨毜妊h(huán)水溫度升高到30攝氏度以上，電堆才能逐步加大負(fù)載測(cè)試其相關(guān)的性能。若是檢測(cè)節(jié)數(shù)不多的短堆時(shí)電堆升溫慢的情況更為嚴(yán)重，等待的時(shí)間會(huì)更長(zhǎng)。

專利號(hào)為200810036146.6和200820114566.7質(zhì)子交換膜燃料電池測(cè)試平臺(tái)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(hào)為201020160727.3質(zhì)子交換膜燃料電池測(cè)試平臺(tái)，提到水進(jìn)傳感器、水出傳感器水泵等只跟散熱系統(tǒng)有關(guān)的介紹，而沒有具體講到水循環(huán)要加熱的問題，尤其未涉及測(cè)試平臺(tái)在冷天工作和循環(huán)水需要快速加溫的話題。

專利號(hào)為2011020595016.9和201010534064.1質(zhì)子交換膜燃料電池測(cè)試平臺(tái)溫度控制是用溫控儀控制電磁閥實(shí)現(xiàn)內(nèi)循環(huán)和外循環(huán)的切換，它主要闡述了電堆散熱后的溫度動(dòng)態(tài)穩(wěn)定的控制，從而來實(shí)現(xiàn)電堆穩(wěn)定的功率輸出而非電堆循環(huán)水的快速加溫。關(guān)于循環(huán)水如何加溫從它的專利文章看只是靠電堆工作自身發(fā)熱給循環(huán)水加熱的。

專利號(hào)為200510023727.2質(zhì)子交換膜燃料電池發(fā)電系統(tǒng)談到水箱里有加熱裝置但未闡明用的材料和相關(guān)控制器件。他的專利文章中對(duì)加熱裝置和水箱內(nèi)水結(jié)冰凍結(jié)時(shí)如何具體的控制的方案未提過，而且對(duì)循環(huán)水的快速升溫也未作詳細(xì)說明。這個(gè)專利強(qiáng)調(diào)過三通閥的作用，主要依靠燃料電池電堆工作后產(chǎn)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(chǎn)生的熱達(dá)到電堆水循環(huán)理想的工作溫度點(diǎn)還是要經(jīng)過較長(zhǎng)的時(shí)間等待的。