[实用新型]基于PLC控制的燃料电池测试平台循环水控制系统

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种质子交换膜燃料电池技术领域的测试平台，尤其涉及测试用的水循环系统是独立的并由PLC控制的。

背景技术

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⁺+2e

阴极（正极）：1/2O₂+2H⁺+2e→H₂O

电池反应：H₂+1/2O₂→H₂O

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。

专利号为200810036146.6和200820114566.7质子交换膜燃料电池测试平台也谈到水路加热，但是没有涉及具体的加热方式和加热的具体控制。

专利号为201020160727.3质子交换膜燃料电池测试平台，提到水进传感器、水出传感器水泵等只跟散热系统有关的介绍，而没有具体讲到水循环要加热的问题，尤其未涉及测试平台在冷天工作和循环水需要快速加温的话题。

专利号为2011020595016.9和201010534064.1质子交换膜燃料电池测试平台温度控制是用温控仪控制电磁阀实现内循环和外循环的切换，它主要阐述了电堆散热后的温度动态稳定的控制，从而来实现电堆稳定的功率输出而非电堆循环水的快速加温。关于循环水如何加温从它的专利文章看只是靠电堆工作自身发热给循环水加热的。

专利号为200510023727.2质子交换膜燃料电池发电系统谈到水箱里有加热装置但未阐明用的材料和相关控制器件。他的专利文章中对加热装置和水箱内水结冰冻结时如何具体的控制的方案未提过，而且对循环水的快速升温也未作详细说明。这个专利强调过三通阀的作用，主要依靠燃料电池电堆工作后产生的热量来加热的。但在气温低的冬天的话燃料电池电堆靠自身产生的热达到电堆水循环理想的工作温度点还是要经过较长的时间等待的。