燃料电池热电联供系统的测试平台的制作方法

本技术涉及热电联供系统测试，具体涉及一种燃料电池热电联供系统的测试平台。

背景技术：

1、燃料电池作为一种新能源发电装置，通过电堆内部催化剂作用将氢气和氧气中的化学能转化为电能，同时产生热量和液态水，具有能源转换效率高、低碳环保、噪声低等优点。这在燃料电池应用技术方面，热电联供技术是其重要的一个方向，特别是在家庭应用领域，家用燃料电池热电联供技术将是未来重点发展的热门技术。

2、质子交换膜燃料电池发电效率受限于极化损失一般在(40～60)％之间，仍有将近一半的能量以低品位热能70～100℃形式耗散，造成巨大的能量浪费。而热电联供系统是使用单一或多种驱动能源同时产生电能及可用热能，实现能量梯级高效利用的能源系统，通常情况下燃料电池热电联供系统的联产效率可以达到75％～95％以上。燃料电池热电联供系统具有的优势如下：1)节能：作为独立电源使用，几乎没有输配的损耗，且能源可以梯级利用，因此能源利用率较高。2)经济：由于系统的能源利用率高，因此用户可以节省能源开支获得经济效益。3)环保：由于采用氢气和氧气作为原料，系统运行时，不会产生一氧化碳和氮氧化物等有害物质。4)可靠：能源供给性可靠。当电网远程供电不足时可以作为有益补充。综上所述，研究家用燃料电池热电联供技术，一方面有助于解决能源危机问题，改善生活。

3、热电联供系统将发出的电能以及产生的热量同时供给用户使用，对于高品质的能量一般用于发电，并通过建立微型能源网将电能输送给用户，对于低品质的能量，则通过余热回收的方式用于家庭供热。在供电方面，燃料电池输出的是直流电，这种直流电通常变化幅度较大，且不能直接使用，因此在对交流负载进行供电时，需要使用dc/dc把电压稳定下来，再将dc/dc输出的直流电接入dc/ac逆变器中，实现直流转化为交流的逆变，才能为交流负载供电。在供热方面，燃料电池产生的多余热量通过冷却水吸收并带出电堆体，然后在回路中添加散热器以及换热器等辅助设备，对高温冷却水进行处理，实现电堆降温和余热回收。

4、热电联供系统复杂，涉及电气、控制、热工多个领域，设备繁多，控制参数众多，为了保证热电联供系统实际使用的可靠性，需要对热电联供系统进行测试。

技术实现思路

1、本实用新型所要解决的技术问题在于如何提供一种燃料电池热电联供系统的测试平台，实现对燃料电池热电联供系统的测试。

2、本实用新型通过以下技术手段解决上述技术问题的：

3、提出了一种燃料电池热电联供系统的测试平台，所述测试平台包括供气装置、热负荷模拟与测量装置、可回馈交流电网模拟装置以及尾排装置；

4、所述供气装置中的气体管道中通入氢气和氮气，所述热负荷模拟与测量装置中设置有用于进行换热的液体管道，液体管道与冷却塔连通；所述可回馈交流电网模拟装置的电能输出端连接电网，所述尾排装置的出口与排放管道连接。

5、进一步地，所述供气装置中的气体管道包括第一供气管道、第二供气管道和第三供气管道，所述第一供气管道中通入氢气，所述第二供气管道中通入氮气，所述第一供气管道和所述第二供气管道均与所述第三供气管道连通；所述第三供气管道与燃料电池热电联供系统的阳极入口连通。

6、进一步地，所述第一供气管道上依次布置有第一手动球阀、第一压力传感器、第一过滤器、第一减压阀、第一流量计、第一电磁阀和第一止回阀；

7、所述第二供气管道上依次布置有第二手动球阀、第二压力传感器、第二过滤器、第二减压阀、第二流量计、第二电磁阀和第二止回阀；

8、所述第三供气管道上依次布置有第三压力传感器、第一温度传感器和第三手动球阀。

9、进一步地，所述热负荷模拟与测量装置包括板式换热器和所述冷却塔，所述板式换热器的第一出口经第一液体管道与燃料电池热电联供系统的换热回路进口连通，所述第一液体管道上布置有第一液体流量计；所述板式换热器的第一进口经第二液体管道与燃料电池热电联供系统的换热回路出口连通，所述第二液体管道上布置有第二液体流量计；

10、所述板式换热器的第二出口经第三液体管道与所述冷却塔连通，所述第三液体管道上布置有第三液体流量计；所述板式换热器的第二进口经第四液体管道与所述冷却塔连通。

11、进一步地，所述板式换热器的第一出口与所述第一液体流量计之间依次布置有第二温度传感器、第一排气阀和第一电动开关阀，所述第一液体流量计与所述换热回路进口之间布置有第三温度传感器；

12、所述换热回路出口与所述第二液体流量计之间布置有第四温度传感器，所述第二液体流量计与所述板式换热器的第一进口之间依次布置有第二电动开关阀和第三电动开关阀，第一水泵连接在所述第三电动开关阀两端；

13、所述冷却塔与所述板式换热器的第二出口之间的第三液体管道上依次布置第三液体流量计和第二手动蝶阀；

14、所述冷却塔与所述板式换热器的第二进口之间的第四液体管道上依次布置第一手动蝶阀、第一液体过滤器和第一三通比例阀。

15、进一步地，所述可回馈交流电网模拟装置包括模拟电网电源、电能质量检测仪和功率分析仪，所述模拟电网电源的输出端与所述电网连接，所述模拟电网电源的输入端分别与所述功率分析仪和所述电能质量检测仪连接，所述电能质量检测仪和所述功率分析仪通过航插端子与燃料电池热电联供系统连接；燃料电池热电联供系统的输出直流电接口与模拟电网电源直流电输出接口电连接。

16、进一步地，所述尾排装置包括水气分离装置，燃料电池热电联供系统的尾气排放出口与所述水气分离装置的进口经第一气体排放管道连通，所述水气分离装置的排气出口通过第二气体排放管道连接到室外，所述水气分离装置的排水出口通过液体排放管道连接到燃料电池热电联供系统的排水口。

17、进一步地，所述第一气体排放管道沿燃料电池热电联供系统的尾气排放出口值所述水气分离装置的进口方向上依次布置有第四压力传感器、第五温度传感器和第一氢气浓度传感器。

18、进一步地，所述供气装置经控制器与上位机连接，所述控制器的io端口分别与所述第一压力传感器、所述第一流量计、所述第一电磁阀、所述第二压力传感器、所述第二流量计、所述第二电磁阀、所述第三压力传感器和所述第一温度传感器连接；

19、所述控制器的数字量输出端口分别与所述第一电磁阀和所述第二电磁阀连接。

20、进一步地，所述热负荷模拟与测量装置经控制器与上位机连接，所述控制器的io端口分别与所述第一液体过滤器、所述第一三通比例阀、所述第三液体流量计、所述第二温度传感器、所述第一电动开关阀、所述第一液体流量计、所述第三温度传感器、所述第四温度传感器、所述第二液体流量计、第二电动开关阀、所述第一水泵和所述第三电动开关阀连接；

21、所述控制器的数字量输出端口与所述第一三通比例阀连接。

22、本实用新型的优点在于：

23、(1)本发明提出的测试平台设置了供气装置、热负荷模拟与测量装置、可回馈交流电网模拟装置以及尾排装置，实现燃料电池热电联供系统测试过程中的供气、供水、温度控制、电能分析反馈以及尾气处理，还可通过可回馈交流电网模拟装置实现将燃料电池热电联供系统输出电能实时回馈电网，满足燃料电池热电联供系统的测试需求。

24、(2)在供气装置中分别设置用于通入氢气的第一供气管道和用于通入氮气的第二供气管道，为了避免氢气和氮气所在两个管路同时工作时会出现不均流，紊流的现象，不能保证测量精度，通过第一止回阀以及第二止回阀的独立工作原理，避免紊流出现，同时在氢气和氮气所在管路中均设置压力传感器以及流量计，保证测试精度。

25、(3)设置热负荷模拟与测量装置实现燃料电池热电联供系统与冷却塔之间换热，同时通过热负荷模拟与测量装置实现燃料电池热电联供系统出口温度的测量并实时控制燃料电池热电联供系统出口的温度，稳定燃料电池热电联供系统在不同功率负载下以及负载突加减载时的出口温度值在需要范围内，满足实际燃料电池热电联供系统的高精度温度控制与管理。

26、(4)可回馈交流电网模拟装置中设置可回馈交流电网模拟器作为模拟电网电源，可满足被测设备的过欠、欠压、及高低电压穿越(零穿越)等测试要求，电源采用两级变换架构的igbt式高精度、高可靠性、可编程，且自动双向运行的交流电源，可实现能量高品质回馈电网。

27、(5)通过设置尾排装置对燃料电池热电联供系统的尾气进行分析处理，满足环保以及安全要求。

28、本实用新型附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本实用新型的实践了解到。