一種具有可拓展模塊的電堆自動(dòng)化綜合測(cè)試平臺(tái)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種電力領(lǐng)域的電力輸出設(shè)備測(cè)試裝置，尤其是涉及一種具有可拓展模塊的電堆自動(dòng)化綜合測(cè)試平臺(tái)。
【背景技術(shù)】
[0002]燃料電池具有清潔環(huán)保、能夠持續(xù)發(fā)電、能量轉(zhuǎn)化率高等優(yōu)勢(shì)，國家的支持力度逐漸增大，廣大企業(yè)對(duì)燃料電池的研發(fā)如火如荼，燃料電池的需求迅速增加。
[0003]燃料電池在研發(fā)過程中或者在投入使用前，必須經(jīng)過性能測(cè)試，基本測(cè)試內(nèi)容一般包括電堆供氫量、供氫設(shè)備產(chǎn)氫量、氫氣緩沖缸壓力、陰極進(jìn)出口壓力及溫濕度、陽極進(jìn)出口壓力及溫濕度、冷卻回路壓力及溫濕度等，測(cè)試結(jié)果可反映膜電極性能、碳紙性能及流路設(shè)計(jì)是否合理等，這些因素對(duì)燃料電池性能有重大影響。
[0004]目前國內(nèi)所需電堆測(cè)試臺(tái)主要為進(jìn)口，價(jià)格昂貴，系統(tǒng)過于復(fù)雜操作不便。國內(nèi)自行開發(fā)的燃料電池測(cè)試儀自動(dòng)化程度低，需采用人工操作，即對(duì)供氫系統(tǒng)、電源系統(tǒng)、負(fù)載系統(tǒng)的調(diào)節(jié)都由測(cè)試人員手動(dòng)完成，工作效率不高，誤差也極大，也容易造成設(shè)備的損害，危及人身安全。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明提供了一種具有可拓展模塊的電堆自動(dòng)化綜合測(cè)試平臺(tái)，解決了燃料電池測(cè)試的問題:
[0006]一種具有可拓展模塊的電堆自動(dòng)化綜合測(cè)試平臺(tái)，包括為系統(tǒng)提供氫氣、氮?dú)獾墓淠K，與供氫模塊相連接的加濕模塊，與被測(cè)電堆分別相連接有安全系統(tǒng)模塊、電堆輔助模塊、負(fù)載模塊，所述安全系統(tǒng)模塊分別與加濕模塊、電堆輔助模塊、電堆散熱模塊、加水模塊、電控模塊相連接，所述電堆輔助模塊還與加濕模塊、電堆散熱模塊、電控模塊相連接，所述電堆散熱模塊還與電控模塊、加水模塊相連接，所述人機(jī)界面與電控模塊相連接，能夠采集、處理測(cè)試臺(tái)的監(jiān)測(cè)信號(hào)，為電器元件提供控制測(cè)試程序，并開放用戶編程權(quán)限。
[0007]所述供氫模塊采用甲醇制氫、天然氣制氫、電解水制氫的多氫源，內(nèi)置壓力傳感器和高壓電磁閥，用于對(duì)管路中氣體進(jìn)行壓力檢測(cè)和自動(dòng)調(diào)節(jié)管路通斷。
[0008]還包括為系統(tǒng)中各個(gè)模塊供電的A⑶C模塊，用于將交流電轉(zhuǎn)化為不同電壓的直流電，為系統(tǒng)其他模塊提供電力。
[0009]所述電堆輔助模塊包括陰極回路、陽極回路、冷卻回路，所述陰極回路用于實(shí)現(xiàn)空氣過濾，利用電堆陰極輸出的氣體對(duì)進(jìn)入電堆的空氣進(jìn)行加濕加熱，同時(shí)能夠檢測(cè)陰極回路進(jìn)出口溫度和壓力；所述陽極回路用來實(shí)現(xiàn)陽極氣體通斷，為系統(tǒng)提供飽和的氫氣循環(huán)，同時(shí)能夠檢測(cè)陽極回路進(jìn)入電堆的氣體溫度和壓力；所述冷卻回路能夠?qū)崿F(xiàn)冷卻液的循環(huán)，具有溫控功能，能使進(jìn)入回路不同溫度的水分別走不同的支路，同時(shí)能夠檢測(cè)冷卻回路進(jìn)入電堆的冷卻液壓力和溫度。
[0010]所述加濕模塊為供氫模塊的氣流提供60°C飽和加濕，并能控制加濕回路流量。
[0011]所述加水模塊用于自動(dòng)加注去離子水，根據(jù)系統(tǒng)需要配置不同的容量。
[0012]所述A⑶C模塊通過控制生產(chǎn)控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)控制輸出功率，并與設(shè)置的蓄電池(外接)配合，達(dá)到不間斷供電功能，也能夠監(jiān)測(cè)電池電壓，為蓄電池做智能充電。
[0013]所述安全系統(tǒng)模塊為系統(tǒng)提供安全保護(hù)，設(shè)置有主動(dòng)控制裝置，在控制器觸發(fā)時(shí)自動(dòng)切斷燃料、供氫及其它安全電磁閥供電。
[0014]所述電堆散熱模塊采用獨(dú)立通風(fēng)設(shè)計(jì)，為整個(gè)系統(tǒng)提供散熱。
[0015]所述測(cè)試平臺(tái)外置框架外殼，為整個(gè)系統(tǒng)各模塊提供固定支撐，使系統(tǒng)具有工作地和保護(hù)地。
[0016]本發(fā)明有以下效果:
[0017]采用模塊化設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制；
[0018]具有可拓展性，能夠采用甲醇制氫、天然氣制氫、電解水制氫、純氫儲(chǔ)氣罐等多氫源供氫；
[0019]能夠根據(jù)監(jiān)測(cè)微電網(wǎng)運(yùn)行狀況，根據(jù)負(fù)載大小，自動(dòng)調(diào)整PCS (process controlsystem生產(chǎn)控制系統(tǒng))、電堆供氫量、供氫設(shè)備產(chǎn)氫量、氫氣緩沖缸壓力等，使整個(gè)燃料電池系統(tǒng)達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡；
[0020]監(jiān)測(cè)微電網(wǎng)電壓，實(shí)現(xiàn)負(fù)載PCS自動(dòng)控制；
[0021]監(jiān)控電堆相關(guān)D⑶C(直流轉(zhuǎn)直流開關(guān)電源)輸出的電流大小，電堆所處環(huán)境中的相應(yīng)2個(gè)溫度曲線，陽極入口和陰極入口溫度，以及閥門、加熱器、風(fēng)扇等運(yùn)行狀態(tài)。
【附圖說明】
[0022]圖1是所述具有可拓展模塊的電堆自動(dòng)化綜合測(cè)試平臺(tái)的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0023]本發(fā)明提供的燃料電池測(cè)試系統(tǒng)采用系統(tǒng)級(jí)部件，能夠模擬實(shí)際工況，采用甲醇制氫、天然氣制氫、電解水制氫、純氫儲(chǔ)氣罐等多氫源，是完整的、可擴(kuò)展性強(qiáng)的燃料電池電堆測(cè)試系統(tǒng)，也是國內(nèi)唯一的應(yīng)用型燃料電池測(cè)試系統(tǒng)，提供普通的燃料電池電堆測(cè)試功能，能夠研究流量、溫度、負(fù)載對(duì)電堆性能的影響；而且提供與微電網(wǎng)智能供電的控制、與各種氫源協(xié)調(diào)工作的接口、提供CHP(combined heat and power熱電聯(lián)產(chǎn)技術(shù))熱交換的控制和附件。
[0024]通過與甲醇制氫、電解制氫、天然氣制氫、氨制氫設(shè)備通信，通過氫氣緩沖缸，使得供氫系統(tǒng)實(shí)時(shí)響應(yīng)負(fù)載變化的需求，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制和平衡。
[0025]通過控制臺(tái)界面，可以及時(shí)獲取系統(tǒng)各環(huán)節(jié)的溫度、流量和壓力的監(jiān)控信息，包括系統(tǒng)異常告警提示信息，包括可供配置的參數(shù)的輸入界面等。
[0026]通過控制PCS實(shí)現(xiàn)控制輸出功率，與蓄電池(外接)配合，達(dá)到不間斷供電功能，同時(shí)也可以監(jiān)測(cè)電池電壓，為蓄電池做智能充電。
[0027]通過負(fù)載PCS自動(dòng)控制，可以研究負(fù)載變化與整個(gè)系統(tǒng)前端、中端、后端的關(guān)系，以及不同系統(tǒng)配置的負(fù)載響應(yīng)特性。
[0028]如圖1所示，本發(fā)明包含一個(gè)為系統(tǒng)提供氫氣、氮?dú)獾墓淠K，供氫模塊采用甲醇制氫、天然氣制氫、電解水制氫等多氫源，內(nèi)置壓力傳感器和高壓電磁閥，可對(duì)管路中氣體進(jìn)行壓力檢測(cè)，自動(dòng)調(diào)節(jié)管路通斷；一個(gè)ACDC(交流轉(zhuǎn)直流開關(guān)電源)模塊，ACDC模塊從A 口輸入電能，能將交流電轉(zhuǎn)化為不同電壓的直流電，為系統(tǒng)中各個(gè)模塊供電。
[0029]—個(gè)電堆輔助模塊，電堆輔助模塊主要由陰極回路、陽極回路、冷卻回路組成，陰極回路用來實(shí)現(xiàn)空氣過濾，利用電堆陰極輸出的氣體對(duì)進(jìn)入電堆的空氣進(jìn)行加濕加熱，同時(shí)能夠檢測(cè)陰極回路進(jìn)出口溫度和壓力；陽極回路用來實(shí)現(xiàn)陽極氣體通斷，為系統(tǒng)提供飽和的氫氣循環(huán)，同時(shí)能夠檢測(cè)陽極回路進(jìn)入電堆的氣體溫度和壓力；冷卻回路能夠?qū)崿F(xiàn)冷卻液的循環(huán)，具有溫控功能，能使進(jìn)入回路不同溫度的水分別走不同的支路；同時(shí)能夠檢測(cè)冷卻回路進(jìn)入電堆的冷卻液壓力和溫度。
[0030]一個(gè)加水模塊，能夠自動(dòng)加注去離子水，根據(jù)系統(tǒng)需要配置不同的容量；一個(gè)安全系統(tǒng)模塊，為系統(tǒng)提供安全保護(hù)，具有主動(dòng)控制裝置，在控制器觸發(fā)時(shí)自動(dòng)切斷燃料、供氫及其它安全電磁閥供電；一個(gè)電堆散熱模塊，采用獨(dú)立通風(fēng)設(shè)計(jì)，為整個(gè)系統(tǒng)提供散熱；一個(gè)加濕模塊，為供氫模塊的氣流提供60°C飽和加濕，并能控制加濕回路流量。
[0031]—個(gè)電控模塊，能夠采集、處理測(cè)試臺(tái)的監(jiān)測(cè)信號(hào)，為電器元件提供控制測(cè)試程序，并開放用戶編程權(quán)限；一個(gè)負(fù)載模塊，作為系統(tǒng)的電子負(fù)載，能對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行定電流測(cè)試、定電壓測(cè)試、定功率測(cè)試，研究氫氣流量、溫度、壓力對(duì)電堆性能的影響；一個(gè)人機(jī)界面，用于操作檢測(cè)臺(tái)工作；一個(gè)框架外殼，為整個(gè)系統(tǒng)各模塊提供固定支撐，具有工作地和保護(hù)地。
[0032]圖中，有箭頭的連接關(guān)系為氣、水路連接，直線的連接為電氣連接。
[0033]設(shè)備使用方法:
[0034]將加濕模塊與甲醇制氫、天然氣制氫、電解水制氫、純氫儲(chǔ)氣罐等氫源中的一種進(jìn)行連接，同時(shí)將電堆的輸出部分與電子負(fù)載相連，接通系統(tǒng)電源，使系統(tǒng)開機(jī)，按實(shí)驗(yàn)需求設(shè)置系統(tǒng)參數(shù)；
[0035]手動(dòng)測(cè)試:
[0036]1)在電堆測(cè)試臺(tái)的顯示屏上點(diǎn)擊“磨合測(cè)試”按鈕，執(zhí)行磨合測(cè)試；
[0037]2)在電堆測(cè)試臺(tái)的顯示屏上點(diǎn)擊“催化劑還原測(cè)試”按鈕，執(zhí)行電堆催化劑還原測(cè)試；
[0038]3)在電堆測(cè)試臺(tái)的顯示屏上點(diǎn)擊“極化曲線測(cè)試”按鈕，執(zhí)行極化曲線測(cè)試；
[0039]4)在電堆測(cè)試臺(tái)的顯示屏上點(diǎn)擊“溫度靈敏度測(cè)試”按鈕，執(zhí)行溫度靈敏度測(cè)試；
[0040]5)在電堆測(cè)試臺(tái)的顯示