[發(fā)明專利]一種多功能質(zhì)子交換膜燃料電池測(cè)試臺(tái)架

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010463414.3
• 申請(qǐng)日: 2020-05-27
• 公開（公告）號(hào): CN111600050B
• 公開（公告）日: 2022-03-29
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 胡曉松;袁浩;丁亞儒;李敏強(qiáng)
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 上海漢翱新能源科技有限公司
• 主分類號(hào): H01M8/04537
• 分類號(hào): H01M8/04537;H01M8/04664;G01R1/04;G01R31/385;G01R31/389
• 代理公司: 上海諾衣知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 31298
• 代理人: 衣然

本發(fā)明涉及一種多功能質(zhì)子交換膜燃料電池測(cè)試臺(tái)架，空氣供應(yīng)模塊，用于燃料電池空氣流量、壓力控制；氫氣供應(yīng)模塊，用于燃料電池氫氣流量、壓力控制；加濕模塊，用于燃料電池進(jìn)氣加濕；熱管理模塊，用于加濕模塊中的加濕罐溫度控制和電池冷卻液控制；電子負(fù)載模塊，用于燃料電池放電；電化學(xué)阻抗模塊，用于獲取燃料電池電化學(xué)阻抗譜；分區(qū)測(cè)試模塊，用于燃料電池電流密度和溫度分布獲取；集成控制模塊，用于燃料電池臺(tái)架控制、數(shù)據(jù)采集、分析處理、報(bào)警保護(hù)和無線通訊。本發(fā)明實(shí)施例除了具備基本供氣、控溫、電壓監(jiān)測(cè)等功能外，還具備電化學(xué)阻抗、電流密度和溫度分布獲取以及無線終端通訊控制的功能。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于燃料電池技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種質(zhì)子交換膜燃料電池測(cè)試臺(tái)架。

背景技術(shù)

質(zhì)子交換膜燃料電池(PEMFC)是一種以氫能為載體將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的發(fā)電裝置，具有反應(yīng)溫度低、動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度快、反應(yīng)效率高、功率密度高等優(yōu)點(diǎn)，在交通領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。但是，燃料電池技術(shù)領(lǐng)域嚴(yán)重的卡脖子現(xiàn)象大大阻礙了成本的降低和產(chǎn)業(yè)化推廣，為進(jìn)一步促進(jìn)燃料電池汽車產(chǎn)業(yè)化，需要實(shí)現(xiàn)關(guān)鍵材料和核心技術(shù)自主化。

對(duì)燃料電池性能測(cè)試和表征是燃料電池開發(fā)中不可缺少的環(huán)節(jié)，常見的基本測(cè)試有極化曲線測(cè)試、動(dòng)態(tài)工況測(cè)試，目前市面臺(tái)架基本具備這兩項(xiàng)測(cè)試功能。但是，為了充分了解燃料電池工作機(jī)制和衰退原理，需要進(jìn)行更豐富的測(cè)試內(nèi)容，比如：電化學(xué)阻抗譜測(cè)試，能夠解析燃料電池內(nèi)部不同電化學(xué)過程，從而可推斷出燃料電池內(nèi)部關(guān)鍵狀態(tài)，如質(zhì)子交換膜內(nèi)水含量、多孔介質(zhì)內(nèi)部液態(tài)水含量、反應(yīng)氣體供給狀態(tài)等，可用于燃料電池故障診斷；電流分區(qū)測(cè)試，能夠解析燃料電池電流密度分布和溫度分布，從而可推斷出燃料電池供氣分布以及反應(yīng)效率。但是，目前市場(chǎng)上的產(chǎn)品不能實(shí)現(xiàn)上述功能，測(cè)試過程中經(jīng)常出現(xiàn)電池電壓降低，僅僅通過電壓、電流、壓力、流量等數(shù)據(jù)難以判斷電池性能下降的原因；此外，臺(tái)架采集的電壓、電流、壓力、流量等基本數(shù)據(jù)現(xiàn)在無法滿足高校、科研機(jī)構(gòu)的需求，因此急需一種集成上述功能的燃料電池測(cè)試臺(tái)架。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷而提供一種多功能燃料電池測(cè)試臺(tái)架。

本發(fā)明實(shí)例涉及了一種多功能質(zhì)子交換膜燃料電池測(cè)試臺(tái)架，包括：

空氣供給模塊，向被測(cè)試產(chǎn)品提供空氣；

氫氣供給模塊，向被測(cè)試產(chǎn)品提供氫氣

加濕模塊，用于加濕空氣和氫氣；

熱管理模塊，根據(jù)電池測(cè)試需求的濕度，對(duì)加濕模塊的露點(diǎn)溫度進(jìn)行控制，滿足測(cè)試需求的濕度；

電子負(fù)載模塊，用于恒定燃料電池的電流或恒功率加載自動(dòng)控制，實(shí)現(xiàn)超溫、欠壓、超壓、過流保護(hù)，實(shí)現(xiàn)獨(dú)立散熱；

電化學(xué)阻抗模塊，包括激勵(lì)單元和計(jì)算單元，激勵(lì)單元由電路元器件組成，用于產(chǎn)生交流激勵(lì)電流，激勵(lì)電流與負(fù)載電流進(jìn)行疊加，共同施加到燃料電池中，計(jì)算單元根據(jù)采集的高頻電流和電壓數(shù)據(jù)，利用快速傅里葉變化或小波變化信號(hào)處理辦法，實(shí)現(xiàn)不同頻率下的阻抗計(jì)算，用于燃料電池膜干、水淹現(xiàn)象診斷；

分區(qū)測(cè)試模塊，包括印刷電路板、微型熱電偶、靈敏電阻、數(shù)據(jù)采集線束，印刷電路板被分割成相互絕緣的若干分區(qū)，微型熱電偶用于反推計(jì)算電池溫度；

集成控制模塊，包括臺(tái)架控制單元、數(shù)據(jù)采集單元、分析單元、警報(bào)單元和無線通訊單元。

進(jìn)一步的是，空氣供給模塊包括過濾器、空氣質(zhì)量流量控制單元、溫度傳感器、壓力傳感器、自動(dòng)背壓控制單元和電磁閥；

空氣質(zhì)量流量控制單元實(shí)現(xiàn)對(duì)空氣流量精確控制；壓力傳感器和溫度傳感器對(duì)燃料電池陰極側(cè)的溫度和壓力實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)；自動(dòng)背壓控制單元對(duì)電池陰極側(cè)入口壓力進(jìn)行控制。

進(jìn)一步的是，氫氣供給模塊包括過濾器、氫氣質(zhì)量流量控制單元、溫度傳感器、壓力傳感器、自動(dòng)背壓控制單元和電磁閥；