质子交换膜燃料电池测试平台循环水控制系统技术方案

本发明专利技术公开一种质子交换膜燃料电池测试平台循环水控制系统,包括一个由PLC控制的循环水管路,一个水箱,该循环水管路包括通过水箱下面的出水管路接口连接一个供给水泵,该供给水泵启动后,水箱中循环水按水路依次经过前后级两个二位四通电磁换向阀到燃料电池电堆的进水接口,经过燃料电池电堆再从燃料电池电堆出水接口流出,并通过管路流进散热器的下面进水接口,经过散热器从散热器出水接口流出,再经过管路流到水箱的回水接口流回进水箱里;还包括一补水水路,去离子水水源由一补水泵抽出,经过一个二位二通电磁换向阀和管路连到供给水泵的进水口,再经供给水泵泵出,流经上述的前级四通电磁阀的另一侧后通过管路流到水箱上的补水接口,最后补进水箱中。本发明专利技术能快速给循环水升温,同时还具有快速排水、加水的换水功能等优点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种质子交换膜燃料电池
的测试平台，尤其涉及测试用的水循环系统是独立的并由PLC控制的。
技术介绍
一个典型的质子交换膜燃料电池中，膜电极放在两块导电的导流极板中间，两块导流板分别是阳极燃料的导流板与阴极氧化剂的导流板，这样形成的一个燃料电池称为单电池。一块极板的两面都可以有导流槽，其中一面可以作为一个膜电极的阳极导流面，另一面又可作为另一个相邻膜电极的阴极导流面，这种极板叫做双极板。而每一块双极板本身分解后又是中间用专用铣刻刀加工的水流场，质子交换膜燃料电池工作时产生的热量就是由水流场带走的。为了增大整个质子交换膜燃料电池的总功率，通常将多个单电池通过直叠的方式串联成电池组，所以又称燃料电池电堆。而每一个电堆是通过前端板、后端板及中间的紧固连接杆将中间多个含有膜电极的双极板组装连接在一起的。燃料电池是通过电催化反应将氧化剂和还原剂的化学能直接转换成电能的装置，是一种高效、安全、清洁、灵活的新型发电技术。其中的质子交换膜燃料电池因其具有效率高、能量密度大、反应温度低、无噪音、无污染等显著优点而在地面发电站、电动车和便携式电源等方面具有广泛的应用前景。燃料电池内部主要由质子交换膜、电化学反应催化剂、扩散层和双极板组成。当燃料电池工作时，其内部发生下述反应过程：反应气体在扩散层内扩散，当反应气体到达催化层时，在催化层内被催化剂吸附并发生电催化反应；阳极反应生成的质子通过质子交换膜内传递到阴极侧，电子经外电路到达阴极，同氧分子反应结合成水，同时放出热量。电极反应为：阳极（负极）：H2→2H++2er>阴极（正极）：1/2O2+2H++2e→H2O电池反应：H2+1/2O2→H2O燃料电池发电系统主要由燃料电池堆与电池堆支持运行系统组成。当燃料电池发电系统用作车、船等运载工具的动力系统时，燃料电池发电系统又叫做燃料电池发动机。现今的质子交换膜燃料电池常用的测试平台一般都是用单片机和应用软件组成的带有监控的测试系统。燃料电池安装到测试平台，测试系统的三个流场氢气流场、水流场、空气流场进出口分别设置了各种采集信号用的传感器，如：流量、温度、压力、湿度、电流、电压等各种模拟量的传感器。测试系统根据各种传感器的采集数据来对燃料电池的各项测试提供相关的数据参考，为产品性能评估提供依据。但是目前燃料电池在冬天气温较低情况下测试时往往会遇到电堆升温缓慢，因为常温电堆必须等循环水温度升高到30摄氏度以上，电堆才能逐步加大负载测试其相关的性能。若是检测节数不多的短堆时电堆升温慢的情况更为严重，等待的时间会更长。目前相关质子交换膜燃料电池测试平台有的根本未提循环水加热问题，有的虽提到循环水加热但是侧重点不是冬天气温低时能给测试系统内水的快速升温，有的提到给循环水保温问题但是电堆升温问题没有很好的解决，还是只能依靠电堆工作时生成的热来给系统内的循环水加温。总之，各个质子交换膜燃料电池测试平台循环水快速升温问题均未解决。对于产品的测试都是无法做到不受季节气候环境温度的影响，生产效率无法保证。
技术实现思路
由于现有技术存在的上述问题，本专利技术的目的在于解决现有燃料电池生产工序当中电堆性能检测这一环节中电堆循环水升温慢的问题，提出了独立于主控制系统的、采用PLC控制器控制的、能快速给循环水升温的循环水控制系统，同时这个循环水控制系统还具有快速排水、加水的换水功能等优点。为实现上述目的，本专利技术通过以下技术方案予以解决：质子交换膜燃料电池测试平台循环水控制系统，其特征在于：包括一由PLC控制器控制的含有若干液位开关、温度传感器、电加热管、水泵、电磁阀、水管、管接口的循环水管路，以及一水箱，该循环水管路包括通过水箱下面的出水管路接口连接一供给水泵，该供给水泵启动后，水箱中循环水按水路依次经过前后级两个二位四通电磁换向阀到燃料电池电堆的进水接口，经过燃料电池电堆再从燃料电池电堆出水接口流出，并通过管路流进散热器的下面进水接口，经过散热器从散热器出水接口流出，再经过管路流到水箱的回水接口流回进水箱里；还包括一补水水路，去离子水水源由一补水泵抽出，经过一个二位二通电磁换向阀和管路连到所述供给水泵的进水口，再经供给水泵泵出，流经上述的前级四通电磁阀的另一侧后通过管路流到水箱上的补水接口，最后补进水箱中。所述PLC控制器包含温度检测功能模块。所述液位开关包括防水箱溢流开关和防水箱干烧液位开关。由于采用以上技术方案，本专利技术的质子交换膜燃料电池测试平台循环水控制系统，其可快速加热和快速更换循环水，具有较强的实用性和通用性。附图说明下面根据附图和具体实施例对本专利技术作进一步说明：图1.循环水控制系统的PLC接线图图2.水箱实体结构示意图图3.循环水路控制示意图附图中：1不锈钢水箱、2-1水箱上循环水的补水接口、2-2水箱上循环水的回水接口、3防水箱溢流开关、4温度传感器、5防水箱干烧液位开关、6电加热管、7水箱下面的出水管路接口、8循环水的供给水泵、9去离子水源的出水工作泵、10二位二通电磁换向阀、11和12二位四通电磁换向阀、13排水用的电磁阀后续管路、14电磁阀出水至电堆进水接口的管路、15电堆进水接口、16电堆出水接口、17燃料电池电堆、18散热器进水接口、19散热器出水接口、20散热器。具体实施方式如图1、2、3所示，本专利技术的循环水控制系统有两个部分组成，一个是包含温度检测功能模块的PLC控制器，构成了整个水循环系统的主要核心控制部分。另一部分是含有各种型号的液位开关、温度传感器4、电加热管6、水泵、电磁阀、水管、管接口等构成循环水管路主要部件及不锈钢水箱的实体。所述PLC控制核心部分，事先将编写好的PLC控制程序写入PLC。再将各种启停开关、切换开关、防溢水液位开关3、防水箱干烧液位开关5、温度传感器4等各个信号线连接到直流24伏电源和PLC控制器上。同时控制输出端的相关电磁阀的中间继电器、控制水泵的继电器等接线接好，包括到直流24伏电源和PLC控制器上。经过程序调试后能对各开关、限位传感器、各电池阀和水泵动作响应快速精准，对温度传感器进行信号校正保证信号的精准性、程序控制的准确性。所述不锈钢水箱的实体部分，可以做到给循环水系统快熟升温，还能在需要时快速完成排水、补水等动作。循环水快速升温是这样实现的。按下启动按钮后，循环水供给水泵8启动，循环水依次经过两个电磁阀11和12到燃料电池电堆的进水接口15，经过燃料电池电堆17再从燃料电池电堆出水接口16流出，通过管路流进散热器20的下面进水接口18，经过散热器20从散热器出水接口19流出，再经过管路流到水箱的回水接口2-2流回进水箱1里。水流从供给水泵8开启到流回水箱1的时间很短，此时大功率的加热棒6开始工作。这个时间段由现场调试PLC程序时设定的。冬天气温较低的情况下花上几分钟的时间循环水的温度经过大功率的加热棒6加热后能迅速提升起来。这循环水控制系统还有自动保护功能。当加热循环水时，防干烧的液位开关5报警时，水循环加热升温停止。补水水路上的相关电磁阀10马上打开，补水本文档来自技高网...

【技术保护点】
质子交换膜燃料电池测试平台循环水控制系统，其特征在于：包括一由PLC控制器控制的含有若干液位开关、温度传感器、电加热管、水泵、电磁阀、水管、管接口的循环水管路，以及一水箱，该循环水管路包括通过水箱下面的出水管路接口连接一供给水泵，该供给水泵启动后，水箱中循环水按水路依次经过前后级两个二位四通电磁换向阀到燃料电池电堆的进水接口，经过燃料电池电堆再从燃料电池电堆出水接口流出，并通过管路流进散热器的下面进水接口，经过散热器从散热器出水接口流出，再经过管路流到水箱的回水接口流回进水箱里；还包括一补水水路，去离子水水源由一补水泵抽出，经过一个二位二通电磁换向阀和管路连到所述供给水泵的进水口，再经供给水泵泵出，流经上述的前级四通电磁阀的另一侧后通过管路流到水箱上的补水接口，最后补进水箱中,所述PLC控制器包含温度检测功能模块,所述液位开关包括防水箱溢流开关和防水箱干烧液位开关。

【技术特征摘要】
1.质子交换膜燃料电池测试平台循环水控制系统，其特征在于：包括一由PLC控制器控制的含有若干液位开关、温度传感器、电加热管、水泵、电磁阀、水管、管接口的循环水管路，以及一水箱，该循环水管路包括通过水箱下面的出水管路接口连接一供给水泵，该供给水泵启动后，水箱中循环水按水路依次经过前后级两个二位四通电磁换向阀到燃料电池电堆的进水接口，经过燃料电池电堆再从燃料电池电堆出水接口流出，并通过管路流进散热器...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘娟，
申请(专利权)人：刘娟，
类型：发明
国别省市：甘肃;62