專利名稱：一種燃料電池測試儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種燃料電池測試儀，尤其是一種多通道質(zhì)子交換膜燃料電池 測試裝置，適用于多個單電池(或電堆)同時進(jìn)行的活化、耐受性及極化曲線 測試等。
背景技術(shù)：
質(zhì)子交換膜燃料電池具有高效、節(jié)能、低污染等特點(diǎn)，被視為未來汽車能 源的理想選擇之一。質(zhì)子交換膜燃料電池在研發(fā)過程中或投入使用前，必須經(jīng) 過性能測試，基本測試內(nèi)容一般包括極化曲線測試和耐受性測試等。測試結(jié)果 可反映出膜電極性能、碳紙性能以及流場設(shè)計、電池(堆)裝配是否合理等。 一臺測試儀一般包括流量控制單元、增濕單元、溫控單元、信號采集單元、放 電單元以及操作程序等。目前國內(nèi)采用的燃料電池測試儀大多為進(jìn)口，價格昂 貴、系統(tǒng)復(fù)雜，許多測試功能華而不實。國內(nèi)自行開發(fā)的燃料電池測試儀又過 于簡陋，流量控制單元多采用轉(zhuǎn)子流量計，壓力數(shù)據(jù)采集多采用壓力表，在數(shù) 據(jù)采集及測試條件控制方面存在一定缺陷。另外，市場上現(xiàn)有的測試儀均不具 備同時測試多個單電池(或電堆)的功能。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種可同時測試多個單電池或電堆的裝置，克服現(xiàn) 有測試儀測試效率低、計量粗略及數(shù)據(jù)采集不方便等方面的缺陷。 為達(dá)到以上目的，本發(fā)明所采用的解決方案是
本發(fā)明主要由流量控制單元、增濕單元、信號采集單元、溫控單元、放電 單元等組成。測試時，氫氣和空(氧)氣分別經(jīng)流量控制單元、增濕單元至電 池，發(fā)電后，尾氣經(jīng)汽水分離器排空。
所述的流量控制單元由多組質(zhì)量流量控制器組成，每個通道使用一組，每 組含3個質(zhì)量流量控制器，2用l備，其中備用的質(zhì)量流量控制器出口管路由三 端口球閥(常閉)與經(jīng)由質(zhì)量流量控制器的氫氣、空(氧)氣出口管路連接， 在氫氣或空(氧)氣的質(zhì)量流量控制器發(fā)生故障時可啟用，或在某一側(cè)質(zhì)量流 量控制器量程不夠時作為補(bǔ)充使用。質(zhì)量流量控制器量程根據(jù)氫氣、空氣計量
比以及最大測試功率設(shè)計。
所述的增濕單元由多只增濕器(例如每個通道2只)和1臺恒溫油浴構(gòu)成， 采用鼓泡增濕方式，通過控制增濕溫度來達(dá)到不同的增濕度要求。增濕器大小 根據(jù)氫氣、空氣計量比及滿足一定時段連續(xù)運(yùn)行所需增濕水量設(shè)計。
所述的信號采集單元由壓力、溫度、濕度傳感器及數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)組成。在 氫氣、空(氧)氣側(cè)單電池或電堆入口處，分別安裝傳感器，采集壓力、溫度、 濕度等數(shù)據(jù)，反饋給電腦和測試儀上的顯示儀表，并可通過改變操作條件來使 壓力、溫度、濕度滿足設(shè)定要求。各傳感器由24V直流電源供電。數(shù)據(jù)采集系
統(tǒng)由數(shù)據(jù)采集卡、DAQ卡等組成，將傳感器的模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號傳輸給
電腦，同時將信號傳輸給顯示儀表。
所述的溫控單元由1臺恒溫水槽通過外循環(huán)水路分多路并聯(lián)給每個通道的 單電池或電堆加熱。每條循環(huán)水路中設(shè)1只針型閥，通過調(diào)節(jié)針型閥開度來控 制該通道循環(huán)水流量。
所述的放電單元為1臺采用主機(jī)+模塊式的電子負(fù)載，含有若干模塊，可通 過改變模塊組合，來滿足不同待測電池(堆)的測試需求。
本發(fā)明的操作程序基于Labview軟件編寫，可同時控制多個通道的單電池 或電堆測試過程，可與質(zhì)量流量控制器、恒溫水槽及電子負(fù)載通訊，并能設(shè)置 低端電壓和電池兩端壓力差報警值，所有測試參數(shù)自動保存在生成的excel表格 中。
由于采用了上述方案，本發(fā)明具有以下特點(diǎn)具有配氣計量準(zhǔn)確、溫度壓 力控制精確、測試靈活方便、布局合理、性能可靠等特點(diǎn)。測試儀除了可用于 燃料電池性能、穩(wěn)定性測試外，還可用于陰極或陽極氣體雜質(zhì)等對電池性能的 影響測試，考察電池對氣體中各雜質(zhì)的抗毒性能等，因此多通道的測試儀可大 大提高燃料電池的開發(fā)效率。


圖1為本發(fā)明燃料電池測試儀一種雙通道實施例的流程示意圖； 圖2為本發(fā)明燃料電池性能測試儀一種實施例的數(shù)據(jù)采集及程序控制原理 示意圖3為本發(fā)明燃料電池性能測試儀一種雙通道實施例的外觀示意圖4為本發(fā)明的實施例某500W電堆的性能測試耐受性曲線圖5為本發(fā)明的實施例某500W電堆的性能測試極化曲線及功率曲線圖。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖所示的一種雙通道實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步的說明。
圖1中，1 6減壓閥；7 12快速接頭；13 18質(zhì)量流量控制器；19 22
止回閥；23 24三端口球閥；25 28三通；29 32增濕器；33 34、 39 40、 49 50溫度傳感器；35 36、 41 42濕度傳感器；37 38、 43 44壓力傳感器； 45 46待測電池(堆)；47恒溫水槽；48恒溫油??；51電子負(fù)載；52 55針型 閥；56變壓器；57 60汽水分離器；61 64加熱帶；65 66電腦；67 72顯 示儀表；73急停按鈕。其中，部件l、 2、 3、 7、 8、 9、 13、 14、 15、 19、 20、 23、 25、 26組成流量控制單元；29、 30組成增濕單元；33、 34、 35、 36、 37、 38、 49組成信號采集單元；47為溫控單元；45、 51組成放電單元；輔助的部件 有52、 53、 56、 58、 59、 62、 63等，以上部件構(gòu)成A通道，其中部件47、 48、 51由A、 B通道共用。其余部件構(gòu)成B通道。
圖2為數(shù)據(jù)采集及程序控制原理圖，質(zhì)量流量控制器、恒溫水槽通過RS232 與電腦通訊；電子負(fù)載、溫度傳感器、濕度傳感器、壓力傳感器等模擬信號經(jīng) 數(shù)據(jù)采集卡采集，通過DAQ卡與電腦通訊。
圖3為一種雙通道實施例的外觀圖，正面主體分上下兩層。上層為控制面 板，含顯示器66、顯示儀表67 72、三端口球閥23 24、針型閥(背壓調(diào)節(jié)閥) 52 55以及急停按鈕73等；下層含電子負(fù)載51、電腦主機(jī)65和鍵盤等。主體 左右兩翼分設(shè)平臺，用來放置待測電池(堆)45、 46。恒溫水槽47置于平臺翼 下。顯示儀表67接收溫度傳感器33和壓力傳感器37傳輸過來的數(shù)據(jù)，并轉(zhuǎn)換 為數(shù)字信號顯示，類似地，表68顯示溫度傳感器34和壓力傳感器38的數(shù)據(jù)， 表69顯示溫度傳感器49的數(shù)據(jù)，表70顯示溫度傳感器39和壓力傳感器43的 數(shù)據(jù)，表71顯示溫度傳感器40和壓力傳感器44的數(shù)據(jù)，表72顯示溫度傳感 器50的數(shù)據(jù)。所有傳感器數(shù)據(jù)同時傳輸給電腦，在操作界面上顯示。急停按鈕 73可關(guān)閉所有電路的總電源。
測試時，A通道氫氣源由減壓閥1控制，空氣源由減壓閥3控制，經(jīng)快速 接頭7、 9通過質(zhì)量流量控制器13、 15控制氣體流量。正常情況下，三端口球 閥處于兩端關(guān)閉狀態(tài)，氫氣、空氣分別經(jīng)25、 26通入增濕器中，增濕器由恒溫 油浴48控制溫度。氣體經(jīng)增濕后，通過纏有加熱帶61、 62的保溫管路進(jìn)入單 電池。此段管路中連接有溫度傳感器33、 34，濕度傳感器35、 36和壓力傳感器 37、 38。單電池的溫度由恒溫水槽47控制，溫度值由溫度傳感器49釆集。電 池通過電子負(fù)載51放電，放電電流可由操作程序設(shè)定。測試過程中所有參數(shù)自 動保存于生成的excel表中。
B通道流程與A通道所述相類似。
這里以A通道中氫氣作為燃料、空氣作為氧化劑的單電池測試過程為例，
說明測試儀的使用方法。
將待測單電池置于圖3中測試儀右側(cè)平臺上，接好氫氣和空氣管路、循環(huán) 水管路和電路；
打開電腦65和顯示器66，將急停按鈕73置于開啟狀態(tài)，啟動操作程序。 將氫氣、空氣氣源接于減壓閥l、 3前端，緩慢開啟減壓閥l、 3至設(shè)定壓力；
關(guān)閉針型閥52、 53，設(shè)置質(zhì)量流量控制器13、 15的流量至設(shè)定值，待表 67、 68顯示出一定壓力值后，檢查氣路是否泄漏，如有泄漏，找出泄漏點(diǎn)并排 除，如氣密性完好，打開針型閥52、 53，繼續(xù)以下操作；
開啟電子負(fù)載51，開啟恒溫水槽47和恒溫油浴48，設(shè)定一定溫度值；
按一定比例分別設(shè)質(zhì)量流量控制器13、 15至設(shè)定值，通過調(diào)節(jié)針型閥開度， 控制管路壓力保持在設(shè)定值，同時設(shè)定電子負(fù)載51的放電電流至所需值；
待水溫、壓力、電流穩(wěn)定后，設(shè)定電壓低值和壓差報警值，保存數(shù)據(jù)，進(jìn) 行壽命測試；
如要進(jìn)行極化曲線測試，可通過改變氫氣、空氣氣量比和放電電流獲得； 如發(fā)生意外故障，可迅速按下急停按鈕73，自動切斷所有電路，確保安全。 故障排除后重新開啟。
上述的對實施例的描述是為便于該技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員能理解和應(yīng)用 本發(fā)明。熟悉本領(lǐng)域技術(shù)的人員顯然可以容易地對這些實施例做出各種修改， 并把在此說明的一般原理應(yīng)用到其他實施例中而不必經(jīng)過創(chuàng)造性的勞動。因此， 本發(fā)明不限于這里的實施例，本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)本發(fā)明的揭示，對于本發(fā)明 做出的改進(jìn)和修改都應(yīng)該在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種燃料電池測試儀，其特征在于其設(shè)置有可同時測試多個燃料電池單電池或電堆的多個通道，主要由流量控制單元、增濕單元、信號采集單元、溫控單元、放電單元等結(jié)構(gòu)單元組成。
2、 如權(quán)利要求1所述的燃料電池測試儀，其特征在于所述的流量控制單 元由若干質(zhì)量流量控制器組成，分多組為每個通道配氣，每組中含3個質(zhì)量流 量控制器，其中一個作為備用，其出口管路由三端口球閥與經(jīng)由質(zhì)量流量控制 器的氫氣、空/氧氣出口管路連接。
3、 如權(quán)利要求1所述的燃料電池測試儀，其特征在于增濕單元由若干增 濕器和共用的一臺恒溫油浴組成，所述的增濕器容量根據(jù)氫氣、空氣計量比及 滿足一定時段連續(xù)運(yùn)行所需增濕水量確定。
4、 如權(quán)利要求1所述的燃料電池測試儀，其特征在于所述的溫控單元由 1臺恒溫水槽通過外循環(huán)水路分多路并聯(lián)給每個通道的單電池或電堆加熱，每條 循環(huán)水路中設(shè)1只針型閥，通過調(diào)節(jié)針型閥開度來控制該通道循環(huán)水流量。
5、 如權(quán)利要求1所述的燃料電池測試儀，其特征在于所述的放電單元為 一臺采用主機(jī)+模塊式的電子負(fù)載，共有若干模塊，可通過改變模塊組合來達(dá)到 不同的測試需求。
6、 如權(quán)利要求1所述的燃料電池測試儀，其特征在于所述的信號采集單 元包括壓力、溫度、濕度傳感器及數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)；在氫氣、空/氧氣側(cè)單電池或 電堆入口處，分別安裝有傳感器。
全文摘要
一種燃料電池測試儀，其設(shè)置有多個通道，可同時測試多個燃料電池單電池或電堆，由流量控制單元、增濕單元、信號采集單元、溫控單元、放電單元等結(jié)構(gòu)單元組成。流量控制單元含若干質(zhì)量流量控制器分多組為每個通道配氣；增濕單元由增濕器和共用的恒溫油浴構(gòu)成，增濕器分多組為每個通道增濕；信號采集單元由壓力、溫度、濕度傳感器及數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)組成；溫控單元由恒溫水槽通過外循環(huán)水路分多路給每個通道的測試單電池或電堆加熱；放電單元采用主機(jī)+模塊式電子負(fù)載，通過改變模塊間的組合來達(dá)到不同的測試要求。本發(fā)明具有配氣計量準(zhǔn)確、溫度壓力控制精確、測試靈活方便、布局合理、性能可靠等特點(diǎn)。
文檔編號G01R31/36GK101373208SQ200710045228
公開日2009年2月25日 申請日期2007年8月24日 優(yōu)先權(quán)日2007年8月24日
發(fā)明者偉 周, 張存滿, 楊代軍, 猛 沈, 潘相敏, 鄔敏忠, 馬建新 申請人:同濟(jì)大學(xué)