【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及燃料电池测试，具体涉及一种用于低压粗氢燃料电池测试系统及测试方法。
技术介绍
1、质子交换膜燃料电池是一种直接把氢气和氧气中的化学能转换成电能的能源技术，具有高效率、零碳排放及低噪声等优势；适宜的工况条件，如压力、湿度、流量等，对燃料电池的性能优化和电堆系统的控制策略设计具有至关重要的作用；为探寻燃料电池的最佳工作条件，尤其是“粗氢”与低压体系下，需要利用燃料电池测试台为其提供一定温度、压力、湿度、空气流量等监测和控制。
2、目前，燃料电池测试台或者测试系统主要由以下几个子系统组成：氢气路子系统，空气路子系统，水热管理子系统，监测与控制子系统；氢气子系统只有单一的氢气流量、湿度、背压的控制，不具备混气功能，难以用于测试“粗氢”下燃料电池性能；空气子系统主要采用离心式空压机，虽然它具有密闭性好、结构紧凑、振动小、能量转换效率高等优势，但其较大的寄生功率消耗对燃料电池电堆系统的整体效率和经济性产生了显著影响，在运行测试过程中占用了较多的耗电功率，不仅降低了电堆系统的能量转换效率，而且由于能耗较高，导致了整体运行成本的增加；此外，现有的测试体系针对于中高压的燃料电池电堆系统，不具备专门用于低压“粗氢”下的测试。
技术实现思路
1、针对现有技术中燃料电池测试系统不具备混气功能，难以测试“粗氢”下燃料电池性能，且空气路存在较大寄生功率，影响燃料电池整体效率和能量消耗，导致运行成本增加等问题；提供一种适用于低压环境，可测试粗氢工况下燃料电池性能，且整体效率高，能量消耗
2、本专利技术解决其技术问题所采取的技术方案是：一种用于低压粗氢燃料电池测试系统，包括氢气混气供应模块、鼓风机供应空气模块、冷却路、电子负载控制模块和燃料电池，氢气混气供应模块包括氢气支路、氮气支路和氢气加湿罐；氢气支路和氮气支路并联连接并且同时与氢气加湿罐相连，氢气加湿罐再与燃料电池的阳极入口连通；鼓风机供应空气模块包括分开设置的第一鼓风机、第二鼓风机和空气加湿罐，第一鼓风机和第二鼓风机并联连接并且同时与空气加湿罐相连；空气加湿罐在于燃料电池的阴极入口连通；冷却路包括加热器、水泵、风扇和节温器；风扇与燃料电池的阴极入口和阴极出口并联连接，加热器与水泵串联设置，加热器再于燃料电池的阴极入口连接；风扇的一侧与水泵连接，风扇的另一侧与节温器连接，节温器再与燃料电池的阴极出口连接；电子负载控制模块与燃料电池的阳极入口和阳极出口并联连接；燃料电池的阳极出口连接有氢气背压阀，燃料电池的阴极出口连接有空气背压阀。
3、进一步的，氢气支路包括氢气电磁阀和氢气流量计，氮气支路包括氮气电磁阀和氮气流量计，氢气流量计和氢气电磁阀串联连接，氮气电磁阀和氮气流量计串联连接。
4、进一步的，氢气加湿罐和燃料电池的阳极入口之间设置有压力计和温度计。
5、进一步的，燃料电池的阳极入口和阳极出口上方并联甚至有气液分离器和氢气循环泵，气液分离器和氢气循环泵串联连接，气液分离器靠近燃料电池的阳极出口设置，氢气循环泵靠近燃料电池的阳极入口设置。
6、进一步的，还包括第一过滤器和第二过滤器，第一过滤器与第一鼓风机串联连接，第二过滤器与第二鼓风机串联连接；第一鼓风机、第二鼓风机和空气加湿罐之间设置有空气流量计。
7、进一步的，氢气加湿罐的上方并联设置有氢气电磁阀，空气加湿罐的上方并联设置有空气电磁阀。
8、进一步的，冷却路还包括去离子器，去离子器与风扇并联连接，去离子器的一端与水泵相连，去离子器的另一端与节温器的其中一个端口连接。
9、一种应用上述任意一项所述的用于低压粗氢燃料电池测试系统的测试方法，包括以下步骤：
10、步骤一：驱动水泵使得水在冷却路内循环流转；
11、步骤二：将氮气和空气分别通入系统对系统进行吹扫；
12、步骤三：调整水泵的转速并控制水的流量，调整加热器的温度以控制循环流动的水的温度；
13、步骤四：停止将氮气通入燃料电池内部，将氢气通入氢气加湿罐进行鼓泡增湿，将空气通入空气加湿罐进行鼓泡增湿，增湿的湿度rh＝60～100％；在测试系统中形成开路电压；
14、步骤五：控制氢气背压阀和空气背压阀的开度，调整燃料电池阳极入口的压力为60kpa,阴极入口的压力为40kpa；待温度提高到50℃后开启电子负载控制模块，对燃料电池进行活化；
15、步骤六：将空气和不同浓度的氢气导入燃料电池中进行发电并检测发电过程的参数。
16、进一步的，在步骤二中，将氮气以10～20l/min的速率通入系统对系统进行吹扫，将空气以30～40l/min的速率通入系统对系统进行吹扫，吹扫时间为3～5min。
17、进一步的，燃料电池的阳极入口与氢气电磁阀相连，燃料电池的阴极入口与空气电磁阀相连；在完成测试后，将电子负载控制模块降载，直至燃料电池处于开路电压状态，接着将燃料电池的阳极和燃料电池的阴极入口压力设置为0，待燃料电池的阳极和燃料电池的阴极入口压力均降到零时，开启氢气电磁阀和空气电磁阀以切换为干路状态；氢气继续通入测试系统中并且停止向测试系统中引入空气；并且维持电子负载控制模块的连接状态，待电堆的单体电压降至0.2v时，关闭氢气流量，电子负载控制模块断开。
18、与现有技术相比，本专利技术申请的一种用于低压粗氢燃料电池测试系统，具有以下优势：
19、1、此测试系统空气供应采用鼓风机提供稳定的气流，确保氧化剂的持续供应。同时，鼓风机运行成本较低，寄生功率小，噪音小，对环境友好。此外，鼓风机结构简单，易于安装与维护，减少了设备的运行故障率，延长了使用寿命。
20、2、鼓风机工作时热量较少，不需要额外的水路供其散热，优化了冷却水路的循环，其结构更简单；并配了2台鼓风机，实现较宽空气流量的供应。
21、3、氢气供气模块，增加了氮气流量计，可用于控制并配成不同浓度占比的氢气，研究电堆在“粗氢”工况下性能。
22、4、利用节温器代替传统测试台上的三通阀，可以实现大小循环工作和切换，使其冷却液温度变化幅度较小。
23、5、测试系统是针对低压燃料电池的测试，测试线管路上含有温度、压力及氢气循环泵等参数监控与控制，可对低压燃料电池电堆进行敏感性评价和氢气循环利用率的测试。
24、6、整个低压测试系统内部结构和设计更加紧凑，占用的空间和资源较少，便于安装和维护，尤其适合对空间和安全有严格要求的应用场合。
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1.一种用于低压粗氢燃料电池测试系统，其特征在于：包括氢气混气供应模块、鼓风机供应空气模块、冷却路、电子负载控制模块和燃料电池，
2.根据权利要求1所述的一种用于低压粗氢燃料电池测试系统，其特征在于：所述氢气支路包括氢气电磁阀和氢气流量计，所述氮气支路包括氮气电磁阀和氮气流量计，所述氢气流量计和所述氢气电磁阀串联连接，所述氮气电磁阀和所述氮气流量计串联连接。
3.根据权利要求1所述的一种用于低压粗氢燃料电池测试系统，其特征在于：所述氢气加湿罐和所述燃料电池的阳极入口之间设置有压力计和温度计。
4.根据权利要求1所述的一种用于低压粗氢燃料电池测试系统，其特征在于：所述燃料电池的阳极入口和阳极出口上方并联甚至有气液分离器和氢气循环泵，所述气液分离器和所述氢气循环泵串联连接，所述气液分离器靠近所述燃料电池的阳极出口设置，所述氢气循环泵靠近所述燃料电池的阳极入口设置。
5.根据权利要求1所述的一种用于低压粗氢燃料电池测试系统，其特征在于：还包括第一过滤器和第二过滤器，所述第一过滤器与所述第一鼓风机串联连接，所述第二过滤器与所述第二鼓风机串联
6.根据权利要求1所述的一种用于低压粗氢燃料电池测试系统，其特征在于：所述氢气加湿罐的上方并联设置有氢气电磁阀，所述空气加湿罐的上方并联设置有空气电磁阀。
7.根据权利要求1所述的一种用于低压粗氢燃料电池测试系统，其特征在于：所述冷却路还包括去离子器，所述去离子器与所述风扇并联连接，所述去离子器的一端与所述水泵相连，所述去离子器的另一端与所述节温器的其中一个端口连接。
8.一种应用权利要求1～7中任意一项所述的用于低压粗氢燃料电池测试系统的测试方法，其特征在于：包括以下步骤：
9.根据权利要求8所述的测试方法，其特征在于：在步骤二中，将氮气以10～20L/min的速率通入系统对系统进行吹扫，将空气以30～40L/min的速率通入系统对系统进行吹扫，吹扫时间为3～5min。
10.根据权利要求8所述的测试方法，其特征在于：燃料电池的阳极入口与氢气电磁阀相连，燃料电池的阴极入口与空气电磁阀相连；
...【技术特征摘要】
1.一种用于低压粗氢燃料电池测试系统，其特征在于：包括氢气混气供应模块、鼓风机供应空气模块、冷却路、电子负载控制模块和燃料电池，
2.根据权利要求1所述的一种用于低压粗氢燃料电池测试系统，其特征在于：所述氢气支路包括氢气电磁阀和氢气流量计，所述氮气支路包括氮气电磁阀和氮气流量计，所述氢气流量计和所述氢气电磁阀串联连接，所述氮气电磁阀和所述氮气流量计串联连接。
3.根据权利要求1所述的一种用于低压粗氢燃料电池测试系统，其特征在于：所述氢气加湿罐和所述燃料电池的阳极入口之间设置有压力计和温度计。
4.根据权利要求1所述的一种用于低压粗氢燃料电池测试系统，其特征在于：所述燃料电池的阳极入口和阳极出口上方并联甚至有气液分离器和氢气循环泵，所述气液分离器和所述氢气循环泵串联连接，所述气液分离器靠近所述燃料电池的阳极出口设置，所述氢气循环泵靠近所述燃料电池的阳极入口设置。
5.根据权利要求1所述的一种用于低压粗氢燃料电池测试系统，其特征在于：还包括第一过滤器和第二过滤器，所述第一过滤器与所述第一鼓风机串联连接，所述第...
【专利技术属性】
技术研发人员：罗宇，程金星，蔡熙阳，江莉龙，龚思琦，方辉煌，
申请(专利权)人：福州大学，
类型：发明
国别省市：
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