一种固体氧化物燃料电池测试系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本实用新型属于燃料电池领域，更具体地，涉及一种固体氧化物燃料电池测试系统，该系统能够使固体氧化物燃料电池长时间处于理想工作状态，方便测试其性能。
【背景技术】
[0002]固体氧化物燃料电池(SOFC)的机理是在高温750摄氏度的情况下，氢气和氧气发生化学反应产生电能和热能。其主要以氢气为原料，具有发电效率高，安静无噪声，环境友好无污染的特点，是21世纪最具前景的绿色发电系统。许多科研单位都投入了大量的资金及人力致力于SOFC系统的开发，推动SOFC技术的发展，目标在于实现商业化，而燃料电池性能的测试更是所有工作的基础，因此有必要提供一种更稳定的固体氧化物燃料电池测试系统。
【实用新型内容】
[0003]本实用新型的主要目的在于提供一种稳定性强，抗干扰能力强，控制、监测和保护功能全面的固体氧化物燃料电池测试控制系统。
[0004]为了实现上述目的，本实用新型提供了一种固体氧化物燃料电池测试系统，其特征在于，包括气体流量子系统，燃料加湿子系统，炉温测控子系统，负载放电子系统，尾气散热子系统，压力控制部分，中央测控系统和电气单兀，其中:
[0005]气体流量子系统负责对电堆阳极供入氢气，对电堆阴极供入空气，以及测试结束后用氮气进行吹扫;燃料加湿子系统通过阀门与阳极气体管道连接，对阳极氢气进行加湿；加湿后的氢气进入炉温测控子系统中的氢气加热炉预热到设定温度，空气则直接进入炉温测控子系统中的空气加热炉进行预热，加热后的氢气和空气直接通入电堆的阳极和阴极发生化学反应;负载放电子系统中的负载放电单元通过引线将化学反应产生的电流引出通过电子负载进行放电，同时通过与电堆相接的引线对电堆总电压、分片电压以及电流的大小进行测量;阴阳极尾气通过尾气散热子系统中各自的尾气管道经散热风机散热后进行排放，同时阳极尾气中的水蒸气冷却成水后经排水管排出；炉温测控子系统中的电堆加热炉上的压堆装置通过供气管道与压力升降阀和高压储氮瓶连接，通过氮气均衡施压将电堆紧固；中央测控系统通过上位机上的组态软件与可编程逻辑控制器通过485通信协议与其他子系统相连接，实现对整个测试系统的统一监控；电气单元则负责对加热电阻丝、散热风扇、上位机以及控制器进行供电。
[0006]与现有技术相比，本实用新型公开了一套完整的固体氧化物燃料电池测试系统，功能全面。其中央测控系统使用可靠稳定的可编程逻辑控制器作为主控制器完成整个系统的统一控制与监测，可使燃料电池长时间处于理想工作环境。测试过程的编程、测试过程的控制、测试过程的数据采集、测试过程中数据的监测及测试结束后对测试数据的分析等功能，使对燃料电池性能的分析变得极为方便。考虑到炉温升温大滞后的特点，其内部控制程序经过反复验证，找到不同温度阶段、不同加热速率的操作点，使温度控制更加精准。
【附图说明】
[0007]图1为本实用新型的外形结构示意图；
[0008]图2是本实用新型测试系统结构框图；
[0009]图3是本实用新型一个优选实现方式的具体结构图。
【具体实施方式】
[0010]为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。此外，下面所描述的本实用新型各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
[0011]如图1所示，为本实用新型的外形结构示意图。以下结合图2和图3详细讲述该系统的构成及连接。
[0012]如图2所示，本实用新型提供的一种固体氧化物燃料电池测试系统包括气体流量子系统I，燃料加湿子系统2，炉温测控子系统3，负载放电子系统4，尾气散热子系统5，压力控制部分6，中央测控系统7和电气单元8。
[0013]其中气体流量子系统I负责对电堆阳极供入氢气，对电堆阴极供入空气，以及测试结束后用氮气进行吹扫;燃料加湿子系统2通过阀门与阳极气体管道连接，对阳极氢气进行加湿;加湿后的氢气进入炉温测控子系统3中的氢气加热炉预热到设定温度，空气则直接进入炉温测控子系统3中的空气加热炉进行预热，加热后的氢气和空气直接通入电堆的阳极和阴极发生化学反应。负载放电子系统4中的负载放电单元通过引线将化学反应产生的电流引出通过电子负载进行放电，同时通过与电堆相接的引线对电堆总电压、分片电压以及电流的大小进行测量。阴阳极尾气通过尾气散热子系统5中各自的尾气管道经散热风机散热后进行排放，同时阳极尾气中的水蒸气冷却成水后经排水管排出。而炉温测控子系统3中的电堆加热炉上的压堆装置通过供气管道与压力升降阀和高压储氮瓶连接，通过氮气均衡施压将电堆紧固。中央测控系统7通过上位机上的组态软件与可编程逻辑控制器通过485通信协议与其他子系统相连接，实现对整个测试系统的统一监控。电气单元8则负责对加热电阻丝，散热风扇，上位机，控制器等进行供电。
[0014]结合图3，为本实用新型一个优选的实现方式的具体结构:
[0015]气体流量子系统I包括空气供给子系统，氢气燃料供给子系统和氮气吹扫子系统。空气供给子系统包括控制进入电池阴极空气流量的第一质量流量计1-7，第一电磁阀1-4，第一压力表1-1，按进气方向依次接入通气管道中；氢气燃料供给子系统包括控制进入电池阳极氢气流量的第二质量流量计1-8，第二电磁阀1-5，第二压力表1-2，按进气方向依次接入通气管道中；氮气吹扫子系统包括控制氮气吹扫的第三质量流量计1-9，第三电磁阀1-6，第三压力表1-3，按进气方向依次接入通气管道中。上述各个子系统中的各质量流量计用来控制各自管路中气体的流量，各电磁阀用来控制各管路中气体的总通断，各压力表用来检测各管道气体压力的大小，其中氮气氢气均由高压储气瓶经减压阀后供给，空气可由风机供给。其中氮气吹扫管道与氢气燃料供给管道在第一质量流量计1-7及第三质量流量计1-9后的部分通过阀门1-10相接通，以用来控制氮气对阳极的氢气燃料进行吹扫。
[0016]燃料加湿子系统2包括储水箱2-1，蒸汽箱2-2和蒸汽箱温度检测第一热电偶2-3，将定量的水通过加湿装置转化成蒸汽，再与燃料气混合后送入电堆3-6，其储水箱2-1与蒸汽箱2-2连通，通过控制储水箱2-1进入蒸汽箱2-2中的水量以及蒸汽箱2-2中的加热温度来控制燃料气体湿度，汽化温度控制范围为100?110摄氏度。
[0017]炉温测控子系统3包括阳极气体加热子系统，阴极气体加热子系统和电堆加热子系统。阳极气体加热子系统包括氢气加热炉3-2，以及置于其内的第一热电阻组，以及位于电气单元8中的控制第一热电阻组通断的第一固态继电器8-3，和反馈阳极气体加热炉炉温的第二热电偶3-4。阴极气体加热子系统包括空气加热炉3-1，以及置于其内的第二热电阻组，以及位于电气单元8中的控制第二热电阻组通断的第二固态继电器8-2，和反馈阴极气体加热炉炉温的第三热电偶3-3。电堆加热子系统包括电堆加热炉3-5，以及置于其内的第三热电阻组，以及位于电气单元8中的控制第三热电阻组通断的第三固态继电器8-1，反馈电堆加热炉炉温的第四热电偶3 - 7，和位于电堆加热炉内的电堆3 - 6。所述热电阻组均为380V交流供电，沿各电炉均匀分布，保障各加热炉内炉温均匀分布，所述固态继电器均为三相固态继电器采用过零触发方式。
[0018]负载放电子系统4包括可控电子负载4-1和电流电压测量接线台4-2，通过与燃料电池电堆3-6相接的引线可对电池的电流、电压和功率以及进行监测，更进一步的，可将燃料电池电池片分组，对每组电压进行检测，也可对每片电池片电压进行检测。可控电子负载
4-1所选放电模式可为恒流，恒压，恒功率，恒负载，变功率、变电流模式测试电堆性能。
[0019]尾气散热子系统5包括对阴极尾气散热的第一散热风机5-1和测量阴极尾气温度的第五热电偶5-3;对阳极尾气散热的第二散热风机5-2和测量阳极尾气温度的第六热电偶
5-4以及阳极排水管5-5。通过风冷方式将冷却前大于100摄氏度的尾气降温到30摄氏度以内。
[0020]所述热电偶均为K型热电偶，其量程值满足对各加热过程温度的检测。
[0021]压力控制部分6包括位于电堆加热炉3-5旁的压力升降阀6-2和位于加热炉3-5上的压堆装置6-3，通过将高压储氮瓶6-1与压力升降阀6-2连接，加载压力在O?200Kg，手动控制施压，将电堆3-6紧固在电堆加热炉3-5内，压力杆位于加热炉的中心，保证作用于电堆的压力均匀。
[0022]中央测控系统7通过上位机7-1上的组态软件与可编程