[实用新型]一种新型质子交换膜燃料电池的测试系统

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的测试系统，属于燃料电池技术领域。

背景技术

燃料电池由于具有高效、清洁、低噪音、可靠性高以及比功率高等优点，而愈来愈广泛地受到各国政府的重视，被认为是21世纪首选的洁净、高效的发电技术。在各类燃料电池中，质子交换膜燃料电池(PEMFC)以其独有的特性而最有希望成为未来汽车、便携式电子设备和部队野外行动装备等的动力源：工作电流大、比能量高、能量效率高、常温下起动时间短等，其研究和应用也是后来居上，在电池的成本和耐久性等方面都取得了突破性的进展。除各国政府的重视外，奔驰、尼桑、福特、巴拉德等大公司也都投入巨大的人力、物力和财力来进行PEMFC汽车动力系统的研究开发。

目前，国内外有多家公司专门从事燃料电池测试设备的开发并提供燃料电池测试服务。依照目前的发展态势，燃料电池将在能源和环境问题越发严峻的未来越来越倍受国际重视，依旧会是未来广大高校和科研院所的一大研究热点，市场潜力巨大。燃料电池测试系统作为燃料电池研究和性能监测不可缺少的部分，其市场规模也是不容忽视的，而其对燃料电池发展的推动作用也是十分重要的。

由于燃料电池还处于开发阶段，还没有燃料电池的标准测试仪器和统一规范的测试仪器供应商。许多公司开始研究准确测试燃料电池的解决方案，然而在整个电池行业致力于燃料电池测试系统研发的公司也为数不多，在2004年之前基本上都为国外厂家。其中最具代表性的公司是美国国家仪器公司(NI)和加拿大的Hydrogenics公司，它们由于自身在测试仪器开发方面具有良好实力以及在燃料电池研究方面的基础，较早推出了一些能够兼容多种燃料电池功能相对强大的测试平台。总所周知，NI是全球基于计算机测量的领导者，许多燃料电池制造商都在开发的各个阶段使用NI硬件及软件工具来测试燃料电池。Hydrogenics的Greenlight动力技术公司是世界上最大的燃料电池测试系统生产基地，是燃料电池工业测试诊断设备引领全球的供应商，其产品小到单电池的测试系统，大到几十KW燃料电池测试系统，在系统的稳定性和精确控制性等方面都具有卓越的特性。

除了专门从事燃料电池测试平台研发和生产的企业外，高等学校和研究所[1-7]为了进行燃料电池的基础研究，自主研发了许多专用性和适用性更强的测试系统，用于自身实验室燃料电池系统的研究工作。虽然和商业化的产品相比在整体性方面具有一定的差异，但具有更好的针对性和灵活性。吴曦[1]设计并搭建了一个PEMFC单电池性能测试系统，由燃料供应控制、气体加湿、温度显示与控制和电化学性能测试与控制等部分组成。系统设计具有灵活的气体加湿程度控制和良好的膜电极验证测试等，设计简捷、实用性强、维护方便，能满足电催化剂、电解质膜及膜电极性能测试要求。马志昆[2]和卢君[3]利用先进的控制理论和技术进行燃料电池测试系统温度、压力和湿度等的精确测试和控制，提高系统稳定性、安全性和鲁棒性。张鸽[4]研究与开发燃料电池内阻在线测试系统，燃料电池内阻反应电池工作特性的重要参数，其正确测量和在线监测具有重要的意义。李小毅[5]设计的测试系统包括供气系统和加湿系统等。供气系统可为EPMFEC(燃料电池发动机)提供标准空气和氢气源；加湿子系统基于露点下水蒸汽饱和析出的原理；辅助散热系统为EPMFEC提供可控的工作温度。测试系统的软件设计是基于EPMFEC测试的硬件条件和测试目的，结合国产的工业控制软件组态王完成的。为了系统研究直接甲醇燃料电池的电性能,以及电池的传热传质现象、气液两相流规律,孔佳等[6]设计并搭建了用于测试液态进料直接甲醇燃料电池的实验系统，由阳极供液及排放系统、阴极供气及排放系统、外电路负载系统等组成。张伟[7]设计的测试系统以研祥工控机为核心，外部加上数据采集卡和各种传感器，应用燃料电池巡检仪完成对电池电压和电流的测量。软件在吸收国内外关于燃料电池检测系统的技术理论和实践成果的基础上，应用C++Bui1der开发出了燃料电池检测系统的应用软件，实现了对电池各种数据量的检测、采集、和处理。实现了燃料电池系统的各个部分之间能够协调的工作，对电池各个量的自动控制实现了系统的智能化。

然而，到目前为止，国产的测试系统与国外的先进产品相比，特别是针对大负载大功率电池堆的测试系统，在控制精度、性能的稳定性和鲁棒性等方面相比尚有不小的差距。

参考文献

[1]吴曦，质子交换膜燃料电池测试系统设计及单电池建模，上海交通大学硕士学位论文，2010年1月

[2]马志昆，基于网络学习控制的燃料电池测试系统研究及应用，测控技术，2009，28(12)：63-67