[實用新型]燃料電池水平衡測試系統

有效

• 申請號: 202122192671.0
• 申請日: 2021-09-10
• 公開（公告）號: CN215578649U
• 公開（公告）日: 2022-01-18
• 發明（設計）人: 陸浩;蔣永偉;喻強;周易君;孫吉有
• 申請（專利權）人: 航天氫能（上海）科技有限公司;上海空間電源研究所
• 主分類號: H01M8/04492
• 分類號: H01M8/04492;H01M8/0432;H01M8/04828;H01M8/04537;G01D21/02
• 代理公司: 上海元好知識產權代理有限公司 31323
• 代理人: 張靜潔;賈慧琴

本實用新型公開了一種燃料電池水平衡測試系統，包括：電堆；濕度傳感器，包括：第一濕度傳感器，與電堆的氣體進口連接，測量電堆通入氣體的濕度；第二濕度傳感器，與電堆的氣體出口連接，測量電堆排出氣體的濕度；溫度傳感器，包括：第一溫度傳感器，與電堆的氣體進口連接，測量電堆通入氣體的溫度；第二溫度傳感器，與電堆的氣體出口連接，測量電堆排出氣體的溫度；控制計算元件，與濕度傳感器、溫度傳感器電連接，根據電堆通入氣體和排出氣體的溫度及濕度，計算電堆內部的保留水量。本實用新型在電堆的氣體進口和氣體出口均設置了溫度傳感器和濕度傳感器，測得溫度及濕度，控制計算元件根據測得的溫度及濕度計算得到電堆內的保留水量。

技術領域

本實用新型涉及燃料電池技術領域，具體涉及一種燃料電池水平衡測試系統。

背景技術

質子交換膜燃料電池具有高能效、低噪音、高溫啟動性能好和環境友好等特點，已經成為能源領域研究的熱點。由于質子交換膜燃料電池的電化學反應在水-氣體-質子(電子)三相界面上進行，且自身電化學反應還會生成水，當催化層中的水含量過多時，過量的水會沖淡反應氣體的濃度，同時阻塞反應區的氣體通道，造成水淹電極從而影響電池性能；質子交換膜中水含量過少會引起質子交換膜的質子傳導能力下降，導致電池性能的下降。

一般地，向電堆的陽極進氣口導入氫氣，向電堆的陰極進氣口導入空氣，在催化劑作用下，氫氣同空氣中的氧氣發生電化學反應生成水，在反應過程中，氫氣中的質子從陽極通過質子交換膜進入至陰極與空氣中的氧氣發生反應，使得生成水主要集中于陰極，使得陰極一側的水量增加，由于水在質子交換膜兩側的濃度差，水將越過質子交換膜從陰極向陽極擴散，因此生成水一部分可從陽極排氣口與未參與反應的氫氣排出，一部分可從陰極排氣口與未參與反應的空氣排出。

理論上，計算電堆內部水分是否平衡，應通過氣體的含濕量(g/kg)計算，即每千克干空氣中混合的水蒸氣的質量。但現有水平衡測試方法均通過濕度傳感器測量進出氣體的相對濕度，來測量進出氣體的含水量，未考慮到不同溫度下，每千克干空氣能夠容納水汽的質量是不同的。如20℃條件下，空氣的飽和含濕量為14g/kg(每千克干空氣能容納14g水汽)，相對濕度為50％，則每千克空氣中的水分為7g。33℃條件下，空氣的飽和含濕量為32g/kg，若氣體的相對濕度還是50％，此時每千克空氣中的水分則變為16g。現有水平衡測試方法默認電堆通入氣體和排出氣體溫度相同，僅測定氣體的相對濕度導致電堆內部保留水量的計算不準確。

實用新型內容

本實用新型的目的是解決上述傳統水平衡測試方法對燃料電池水平衡計算不準確的問題，提供一種燃料電池水平衡測試系統。

為了達到上述目的，本實用新型提供了一種燃料電池水平衡測試系統，包括：電堆；濕度傳感器，包括：第一濕度傳感器，與所述電堆的氣體進口連接，測量電堆通入氣體的濕度；第二濕度傳感器，與所述電堆的氣體出口連接，測量電堆排出氣體的濕度；溫度傳感器，包括：第一溫度傳感器，與所述電堆的氣體進口連接，測量電堆通入氣體的溫度；第二溫度傳感器，與所述電堆的氣體出口連接，測量電堆排出氣體的溫度；控制計算元件，與所述濕度傳感器、所述溫度傳感器電連接，根據電堆通入氣體和排出氣體的溫度及濕度，計算電堆內部的保留水量。

可選的，所述測試系統還包括：電流測量裝置，與所述控制計算元件連接，用于測量電堆內電流的大小。

可選的，所述測試系統還包括：液態水收集器，與所述電堆的氣體出口連通，用于收集電堆氣體出口冷凝的液態水。

可選的，所述測試系統還包括：電子秤，與所述液態水收集器及所述控制計算元件連接，用于稱量收集的液態水并將數據傳送至所述控制計算元件。

可選的，所述測試系統還包括：加濕罐，與所述控制計算元件連接，由控制計算元件控制加濕罐對通入氣體進行加濕。

可選的，所述加濕罐上設有電磁閥，以控制加濕罐的開啟或關閉。

可選的，所述測試系統還包括：用于對電堆通入氣體加熱的加熱裝置。