一種固體氧化物燃料電池測試系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型屬于燃料電池領(lǐng)域，更具體地，涉及一種固體氧化物燃料電池測試系統(tǒng)，該系統(tǒng)能夠使固體氧化物燃料電池長時(shí)間處于理想工作狀態(tài)，方便測試其性能。
【背景技術(shù)】
[0002]固體氧化物燃料電池(SOFC)的機(jī)理是在高溫750攝氏度的情況下，氫氣和氧氣發(fā)生化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生電能和熱能。其主要以氫氣為原料，具有發(fā)電效率高，安靜無噪聲，環(huán)境友好無污染的特點(diǎn)，是21世紀(jì)最具前景的綠色發(fā)電系統(tǒng)。許多科研單位都投入了大量的資金及人力致力于SOFC系統(tǒng)的開發(fā)，推動SOFC技術(shù)的發(fā)展，目標(biāo)在于實(shí)現(xiàn)商業(yè)化，而燃料電池性能的測試更是所有工作的基礎(chǔ)，因此有必要提供一種更穩(wěn)定的固體氧化物燃料電池測試系統(tǒng)。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0003]本實(shí)用新型的主要目的在于提供一種穩(wěn)定性強(qiáng)，抗干擾能力強(qiáng)，控制、監(jiān)測和保護(hù)功能全面的固體氧化物燃料電池測試控制系統(tǒng)。
[0004]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型提供了一種固體氧化物燃料電池測試系統(tǒng)，其特征在于，包括氣體流量子系統(tǒng)，燃料加濕子系統(tǒng)，爐溫測控子系統(tǒng)，負(fù)載放電子系統(tǒng)，尾氣散熱子系統(tǒng)，壓力控制部分，中央測控系統(tǒng)和電氣單兀，其中:
[0005]氣體流量子系統(tǒng)負(fù)責(zé)對電堆陽極供入氫氣，對電堆陰極供入空氣，以及測試結(jié)束后用氮?dú)膺M(jìn)行吹掃;燃料加濕子系統(tǒng)通過閥門與陽極氣體管道連接，對陽極氫氣進(jìn)行加濕；加濕后的氫氣進(jìn)入爐溫測控子系統(tǒng)中的氫氣加熱爐預(yù)熱到設(shè)定溫度，空氣則直接進(jìn)入爐溫測控子系統(tǒng)中的空氣加熱爐進(jìn)行預(yù)熱，加熱后的氫氣和空氣直接通入電堆的陽極和陰極發(fā)生化學(xué)反應(yīng);負(fù)載放電子系統(tǒng)中的負(fù)載放電單元通過引線將化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生的電流引出通過電子負(fù)載進(jìn)行放電，同時(shí)通過與電堆相接的引線對電堆總電壓、分片電壓以及電流的大小進(jìn)行測量;陰陽極尾氣通過尾氣散熱子系統(tǒng)中各自的尾氣管道經(jīng)散熱風(fēng)機(jī)散熱后進(jìn)行排放，同時(shí)陽極尾氣中的水蒸氣冷卻成水后經(jīng)排水管排出；爐溫測控子系統(tǒng)中的電堆加熱爐上的壓堆裝置通過供氣管道與壓力升降閥和高壓儲氮瓶連接，通過氮?dú)饩馐簩㈦姸丫o固；中央測控系統(tǒng)通過上位機(jī)上的組態(tài)軟件與可編程邏輯控制器通過485通信協(xié)議與其他子系統(tǒng)相連接，實(shí)現(xiàn)對整個(gè)測試系統(tǒng)的統(tǒng)一監(jiān)控；電氣單元則負(fù)責(zé)對加熱電阻絲、散熱風(fēng)扇、上位機(jī)以及控制器進(jìn)行供電。
[0006]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型公開了一套完整的固體氧化物燃料電池測試系統(tǒng)，功能全面。其中央測控系統(tǒng)使用可靠穩(wěn)定的可編程邏輯控制器作為主控制器完成整個(gè)系統(tǒng)的統(tǒng)一控制與監(jiān)測，可使燃料電池長時(shí)間處于理想工作環(huán)境。測試過程的編程、測試過程的控制、測試過程的數(shù)據(jù)采集、測試過程中數(shù)據(jù)的監(jiān)測及測試結(jié)束后對測試數(shù)據(jù)的分析等功能，使對燃料電池性能的分析變得極為方便。考慮到爐溫升溫大滯后的特點(diǎn)，其內(nèi)部控制程序經(jīng)過反復(fù)驗(yàn)證，找到不同溫度階段、不同加熱速率的操作點(diǎn)，使溫度控制更加精準(zhǔn)。
【附圖說明】
[0007]圖1為本實(shí)用新型的外形結(jié)構(gòu)示意圖；
[0008]圖2是本實(shí)用新型測試系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖；
[0009]圖3是本實(shí)用新型一個(gè)優(yōu)選實(shí)現(xiàn)方式的具體結(jié)構(gòu)圖。
【具體實(shí)施方式】
[0010]為了使本實(shí)用新型的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對本實(shí)用新型進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本實(shí)用新型，并不用于限定本實(shí)用新型。此外，下面所描述的本實(shí)用新型各個(gè)實(shí)施方式中所涉及到的技術(shù)特征只要彼此之間未構(gòu)成沖突就可以相互組合。
[0011]如圖1所示，為本實(shí)用新型的外形結(jié)構(gòu)示意圖。以下結(jié)合圖2和圖3詳細(xì)講述該系統(tǒng)的構(gòu)成及連接。
[0012]如圖2所示，本實(shí)用新型提供的一種固體氧化物燃料電池測試系統(tǒng)包括氣體流量子系統(tǒng)I，燃料加濕子系統(tǒng)2，爐溫測控子系統(tǒng)3，負(fù)載放電子系統(tǒng)4，尾氣散熱子系統(tǒng)5，壓力控制部分6，中央測控系統(tǒng)7和電氣單元8。
[0013]其中氣體流量子系統(tǒng)I負(fù)責(zé)對電堆陽極供入氫氣，對電堆陰極供入空氣，以及測試結(jié)束后用氮?dú)膺M(jìn)行吹掃;燃料加濕子系統(tǒng)2通過閥門與陽極氣體管道連接，對陽極氫氣進(jìn)行加濕;加濕后的氫氣進(jìn)入爐溫測控子系統(tǒng)3中的氫氣加熱爐預(yù)熱到設(shè)定溫度，空氣則直接進(jìn)入爐溫測控子系統(tǒng)3中的空氣加熱爐進(jìn)行預(yù)熱，加熱后的氫氣和空氣直接通入電堆的陽極和陰極發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。負(fù)載放電子系統(tǒng)4中的負(fù)載放電單元通過引線將化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生的電流引出通過電子負(fù)載進(jìn)行放電，同時(shí)通過與電堆相接的引線對電堆總電壓、分片電壓以及電流的大小進(jìn)行測量。陰陽極尾氣通過尾氣散熱子系統(tǒng)5中各自的尾氣管道經(jīng)散熱風(fēng)機(jī)散熱后進(jìn)行排放，同時(shí)陽極尾氣中的水蒸氣冷卻成水后經(jīng)排水管排出。而爐溫測控子系統(tǒng)3中的電堆加熱爐上的壓堆裝置通過供氣管道與壓力升降閥和高壓儲氮瓶連接，通過氮?dú)饩馐簩㈦姸丫o固。中央測控系統(tǒng)7通過上位機(jī)上的組態(tài)軟件與可編程邏輯控制器通過485通信協(xié)議與其他子系統(tǒng)相連接，實(shí)現(xiàn)對整個(gè)測試系統(tǒng)的統(tǒng)一監(jiān)控。電氣單元8則負(fù)責(zé)對加熱電阻絲，散熱風(fēng)扇，上位機(jī)，控制器等進(jìn)行供電。
[0014]結(jié)合圖3，為本實(shí)用新型一個(gè)優(yōu)選的實(shí)現(xiàn)方式的具體結(jié)構(gòu):
[0015]氣體流量子系統(tǒng)I包括空氣供給子系統(tǒng)，氫氣燃料供給子系統(tǒng)和氮?dú)獯祾咦酉到y(tǒng)?？諝夤┙o子系統(tǒng)包括控制進(jìn)入電池陰極空氣流量的第一質(zhì)量流量計(jì)1-7，第一電磁閥1-4，第一壓力表1-1，按進(jìn)氣方向依次接入通氣管道中；氫氣燃料供給子系統(tǒng)包括控制進(jìn)入電池陽極氫氣流量的第二質(zhì)量流量計(jì)1-8，第二電磁閥1-5，第二壓力表1-2，按進(jìn)氣方向依次接入通氣管道中；氮?dú)獯祾咦酉到y(tǒng)包括控制氮?dú)獯祾叩牡谌|(zhì)量流量計(jì)1-9，第三電磁閥1-6，第三壓力表1-3，按進(jìn)氣方向依次接入通氣管道中。上述各個(gè)子系統(tǒng)中的各質(zhì)量流量計(jì)用來控制各自管路中氣體的流量，各電磁閥用來控制各管路中氣體的總通斷，各壓力表用來檢測各管道氣體壓力的大小，其中氮?dú)鈿錃饩筛邏簝馄拷?jīng)減壓閥后供給，空氣可由風(fēng)機(jī)供給。其中氮?dú)獯祾吖艿琅c氫氣燃料供給管道在第一質(zhì)量流量計(jì)1-7及第三質(zhì)量流量計(jì)1-9后的部分通過閥門1-10相接通，以用來控制氮?dú)鈱﹃枠O的氫氣燃料進(jìn)行吹掃。
[0016]燃料加濕子系統(tǒng)2包括儲水箱2-1，蒸汽箱2-2和蒸汽箱溫度檢測第一熱電偶2-3，將定量的水通過加濕裝置轉(zhuǎn)化成蒸汽，再與燃料氣混合后送入電堆3-6，其儲水箱2-1與蒸汽箱2-2連通，通過控制儲水箱2-1進(jìn)入蒸汽箱2-2中的水量以及蒸汽箱2-2中的加熱溫度來控制燃料氣體濕度，汽化溫度控制范圍為100?110攝氏度。
[0017]爐溫測控子系統(tǒng)3包括陽極氣體加熱子系統(tǒng)，陰極氣體加熱子系統(tǒng)和電堆加熱子系統(tǒng)。陽極氣體加熱子系統(tǒng)包括氫氣加熱爐3-2，以及置于其內(nèi)的第一熱電阻組，以及位于電氣單元8中的控制第一熱電阻組通斷的第一固態(tài)繼電器8-3，和反饋陽極氣體加熱爐爐溫的第二熱電偶3-4。陰極氣體加熱子系統(tǒng)包括空氣加熱爐3-1，以及置于其內(nèi)的第二熱電阻組，以及位于電氣單元8中的控制第二熱電阻組通斷的第二固態(tài)繼電器8-2，和反饋陰極氣體加熱爐爐溫的第三熱電偶3-3。電堆加熱子系統(tǒng)包括電堆加熱爐3-5，以及置于其內(nèi)的第三熱電阻組，以及位于電氣單元8中的控制第三熱電阻組通斷的第三固態(tài)繼電器8-1，反饋電堆加熱爐爐溫的第四熱電偶3 - 7，和位于電堆加熱爐內(nèi)的電堆3 - 6。所述熱電阻組均為380V交流供電，沿各電爐均勻分布，保障各加熱爐內(nèi)爐溫均勻分布，所述固態(tài)繼電器均為三相固態(tài)繼電器采用過零觸發(fā)方式。
[0018]負(fù)載放電子系統(tǒng)4包括可控電子負(fù)載4-1和電流電壓測量接線臺4-2，通過與燃料電池電堆3-6相接的引線可對電池的電流、電壓和功率以及進(jìn)行監(jiān)測，更進(jìn)一步的，可將燃料電池電池片分組，對每組電壓進(jìn)行檢測，也可對每片電池片電壓進(jìn)行檢測?？煽仉娮迂?fù)載
4-1所選放電模式可為恒流，恒壓，恒功率，恒負(fù)載，變功率、變電流模式測試電堆性能。
[0019]尾氣散熱子系統(tǒng)5包括對陰極尾氣散熱的第一散熱風(fēng)機(jī)5-1和測量陰極尾氣溫度的第五熱電偶5-3;對陽極尾氣散熱的第二散熱風(fēng)機(jī)5-2和測量陽極尾氣溫度的第六熱電偶
5-4以及陽極排水管5-5。通過風(fēng)冷方式將冷卻前大于100攝氏度的尾氣降溫到30攝氏度以內(nèi)。
[0020]所述熱電偶均為K型熱電偶，其量程值滿足對各加熱過程溫度的檢測。
[0021]壓力控制部分6包括位于電堆加熱爐3-5旁的壓力升降閥6-2和位于加熱爐3-5上的壓堆裝置6-3，通過將高壓儲氮瓶6-1與壓力升降閥6-2連接，加載壓力在O?200Kg，手動控制施壓，將電堆3-6緊固在電堆加熱爐3-5內(nèi)，壓力桿位于加熱爐的中心，保證作用于電堆的壓力均勻。
[0022]中央測控系統(tǒng)7通過上位機(jī)7-1上的組態(tài)軟件與可編程