CN107942258B - 燃料电池进气比控制***及燃料电池进气控制方法 - Google Patents

燃料电池进气比控制***及燃料电池进气控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种燃料电池进气比控制***及燃料电池进气控制方法，包括氢气罐及氮气罐，氢气罐及氮气罐的出口通过管路与第一流量控制器的进口连通，第一流量控制器的出口与燃料电池堆的进口连通；***还包括空气压缩机，空气压缩机的出口通过管路与第二流量控制器的进口连通，第二流量控制器的出口与燃料电池堆的进口连通；***还包括终端控制器，终端控制器用于控制第一流量控制器及第二流量控制器的输出量。该***能够较为稳定的测定燃料电池在阴阳两极进气比变化的条件下的性能参数，更全面了解电堆性能。并且本次设计的燃料电池属于绿色能源，测试反应之后的产物只有水的生成，没有其他污染物的产生。

Description

燃料电池进气比控制***及燃料电池进气控制方法
技术领域
本发明涉及燃料电池技术领域，具体涉及一种燃料电池进气比控制***及燃料电池进气控制方法。
背景技术
燃料电池是一种将燃料中的化学能直接转化为直流电的电化学能量转换器。它是21世纪最有希望的新一代绿色能源动力***，它燃烧之后无污染性产物的生成。燃料电池不需要充电，只要提供燃料它就可以立刻产生电能。燃料电池的燃料来源有很多，并不具有局限性。在转换效率上因为燃料电池并不需要遵循卡诺循环，所以它能后拥有很高的能量转换率。燃料电池可以给任何需要的装置提供电力，比如汽车，电话，甚至于我们所居住的房屋都可以。燃料电池对小功率的设备具有特别的优势，它可以连续不断的给设备充电，从而使得设备的工作时间得到有效的延长。在同等体积和质量的情况下，燃料电池要比其他电池输出的能量高很多。这对于燃料电池来说是一个巨大的优势。根据电池所使用不同种类的电解质，电池主要分为碱性燃料电池，磷酸燃料电池，熔融碳酸盐燃料电池，固态氧化物燃料电池以及质子交换膜燃料电池五种。其中质子交换膜燃料电池中电化学反应是同时发生在膜的两侧，在对燃料电池的参数进行测定的过程中，一定要对其进行反复的实验测定。在实验测定过程中要减少其他不必要因素对实验测定的影响。对其进行测定的目的是为个寻找一个最完美的操作工况。
发明内容
本发明的目的是：提供一种燃料电池进气比控制***及燃料电池进气控制方法，能够实现在进气过程中对进气比进行控制，从而进行燃料电池的性能测试。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种燃料电池进气比控制***，包括氢气罐及氮气罐，所述氢气罐及氮气罐的出口通过管路与第一流量控制器的进口连通，所述第一流量控制器的出口与燃料电池堆的进口连通；
***还包括空气压缩机，所述空气压缩机的出口通过管路与第二流量控制器的进口连通，所述第二流量控制器的出口与燃料电池堆的进口连通；
***还包括终端控制器，所述终端控制器用于控制第一流量控制器及第二流量控制器的输出量。
本发明还存在以下特征：
所述第一流量控制器的出口与第一分流器的进口连通，所述第一分流器设置有两个出口分别与燃料电池堆的进口及加湿装置的进口连通，所述第二流量控制器的出口与第二分流器的进口连通，所述第二分流器设置有两个出口分别与燃料电池堆的进口及加湿装置的进口连通，所述加湿装置的出口与燃料电池堆的进口连通。
所述燃料电池堆还与冷却装置连接，所述冷却装置的冷却介质出口与燃料电池堆的冷却介质入口连通，所述燃料电池堆的冷却介质出口与冷却装置的冷却介质入口连通，所述冷却装置还与排水管连接。
所述氢气罐及氮气罐的出口与三向旋塞阀的两个进口连通，所述三向旋塞阀的另一个出口与第一减压阀的进口连通，所述第一减压阀的出口与第一过滤器的进口连通，所述第一过滤器的出口与第一电磁阀的进口连通，所述第一电磁阀的出口与第一流量计的进口连通，所述第一流量计的出口与第一流量控制器的进口连通，所述第一过滤器的出口顺序设置有第一压力传感器及第一温度传感器，所述终端控制器用于控制第一分流器、三向旋塞阀、第一减压阀以及第一电磁阀的启闭。
所述空气压缩机出口与截止阀的进口连通，所述截止阀的出口与第二减压阀的进口连通，所述第二减压阀的出口与第二过滤器的进口连通，所述第二过滤器的出口与第二电磁阀的进口连通，所述第二电磁阀的出口与第二流量计的进口连通，所述第二流量计的出口与第二流量控制器的进口连通，所述第二过滤器的出口顺序设置有第二压力传感器及第二温度传感器，所述终端控制器用于控制加湿装置、截止阀以及第二减压阀以及第二电磁阀的启闭。
所述氢气罐及氮气罐的出口分别设置有电磁阀，所述终端控制器用于控制电磁阀的启闭。
与现有技术相比，本发明具备的技术效果为：采用本发明可以了解一种测试不同进气量比的燃料电池堆***，方法相对安全，能够较为稳定的测定燃料电池在阴阳两极进气比变化的条件下的性能参数，更全面了解电堆性能。并且本次设计的燃料电池属于绿色能源，测试反应之后的产物只有水的生成，没有其他污染物的产生。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
具体实施方式
如下将结合图1，对本发明作进一步地说明：
一种燃料电池进气比控制***，包括氢气罐10及氮气罐20，所述氢气罐10及氮气罐20的出口通过管路与第一流量控制器30的进口连通，所述第一流量控制器30的出口与燃料电池堆40的进口连通；
***还包括空气压缩机50，所述空气压缩机50的出口通过管路与第二流量控制器60的进口连通，所述第二流量控制器60的出口与燃料电池堆40的进口连通；
***还包括终端控制器90，所述终端控制器90用于控制第一流量控制器30及第二流量控制器60的输出量，该处的终端控制器90与第一流量控制器30及第二流量控制器60之间为电气连接。
进一步地，所述第一流量控制器30的出口与第一分流器31的进口连通，所述第一分流器31设置有两个出口分别与燃料电池堆40的进口及加湿装置70的进口连通，所述第二流量控制器60的出口与第二分流器61的进口连通，所述第二分流器61设置有两个出口分别与燃料电池堆40的进口及加湿装置70的进口连通，所述加湿装置70的出口与燃料电池堆40的进口连通；
需要加湿操作时，终端控制器90控制第一分流器31和第二分流器61，使气体流经加湿装置70对湿度进行控制，进入燃料电池堆40，气体在燃料电池堆40充分反应后，经过冷却装置80进行水汽分离，水将会经由排水管81排出。整个操作***采用的是终端控制的反馈调节，经由终端控制器90发出指令，在实验数据稳定的情况下，数据反馈回终端控制器90,并对其数据进行分析和记录。
更近一步地，所述燃料电池堆40还与冷却装置80连接，所述冷却装置80的冷却介质出口与燃料电池堆40的冷却介质入口连通，所述燃料电池堆40的冷却介质出口与冷却装置80的冷却介质入口连通，所述冷却装置80还与排水管81连接；
上述的气体在燃料电池堆40充分反应后，经过冷却装置80进行水汽分离，水将会经由排水管81排出。
具体地，所述氢气罐10及氮气罐20的出口与三向旋塞阀32的两个进口连通，所述三向旋塞阀32的另一个出口与第一减压阀33的进口连通，所述第一减压阀33的出口与第一过滤器34的进口连通，所述第一过滤器34的出口与第一电磁阀35的进口连通，所述第一电磁阀35的出口与第一流量计38的进口连通，所述第一流量计38的出口与第一流量控制器30的进口连通，所述第一过滤器34的出口顺序设置有第一压力传感器36及第一温度传感器37，所述终端控制器90用于控制第一分流器31、三向旋塞阀32、第一减压阀33以及第一电磁阀35的启闭；所述的终端控制器90与第一分流器31、三向旋塞阀32、第一减压阀33以及第一电磁阀35之间为电连接。
具体地，所述空气压缩机50出口与截止阀51的进口连通，所述截止阀51的出口与第二减压阀52的进口连通，所述第二减压阀52的出口与第二过滤器53的进口连通，所述第二过滤器53的出口与第二电磁阀54的进口连通，所述第二电磁阀54的出口与第二流量计55的进口连通，所述第二流量计55的出口与第二流量控制器60的进口连通，所述第二过滤器53的出口顺序设置有第二压力传感器56及第二温度传感器57，所述终端控制器90用于控制加湿装置70、截止阀51以及第二减压阀52以及第二电磁阀54的启闭；所述的终端控制器90与加湿装置70、截止阀51以及第二减压阀52以及第二电磁阀54之间为电连接。
优选地，所述氢气罐10及氮气罐20的出口分别设置有电磁阀，所述终端控制器90用于控制电磁阀的启闭。
在实际操作的过程中，如果出现一些异常情况时，终端控制器90将控制氮气罐20的电磁阀打开释放氮气，并将氢气罐10的电磁阀关闭，从而将气体通道中的氢气全部排出，以方便对设备的安全检修。
通过终端控制器90确定气体的分流流向、整个操作***采用的是终端控制的反馈调节，经由终端控制器90发出指令，在实验数据稳定的情况下，燃料电池堆40的数据反馈回终端控制器90，并对燃料电池堆40反馈的数据进行分析和记录；
具体地，终端控制器90根据流量计的测量数据向流量控制器发出指令，对气流量进行调整，第一流量控制器30及第二流量控制器60就是对其通入气体的体积大小进行控制，在对单一变量进行控制时，采用了终端控制反馈调节，使得温度，压力以及其他的相关参数在整个***工作时达到稳定，从而进行试验数据的测定，从而测定进气比对燃料电池性能的影响。
本发明还提供了所述燃料电池进气比控制***的工作方法，通过改变阴阳极进气比，采用单一变量法，保证其他相关变量保持不变，首先打开氢气罐10及氮气罐20的气瓶压力阀，打开空气压缩机50，调节第二减压阀52，并且将第二减压阀52调为0.2-0.3MPa；调节第一减压阀33，并且将第一减压阀33调为0.5MPa。并将气关阀打开，这样就会有进气压力的产生。混合气体及空气分别通过第一过滤器34及第二过滤器53，将混合气体及空气中的小颗粒的固体杂质过滤，并且通过第一压力传感器36及第二压力传感器56，对通入混合气体及空气的压力进行检测；接着混合气体及空气分别通过第一电磁阀35及第二电磁阀54，并且利用终端控制器90控制第一电磁阀35及第二电磁阀54的启闭，并且控制混合气体及空气的进入与截止；混合气体及空气分别通过第一流量控制器30及第二流量控制器60，并且利用终端控制器90通过控制第一流量控制器30及第二流量控制器60来调节通入气体的体积大小，该控制方法在对单一变量进行控制时，采用了终端控制反馈调节，使得温度，压力以及其他的相关参数在整个***工作时达到稳定，从而进行试验数据的测定，从而测定进气比对燃料电池性能的影响。
本发明是使反应气体(H2和O2)在各自设定的其他变量相同的环境下，分别测出阴阳两极进气比的不同对质子交换膜燃料电池的性能所产生的影响。
下面结合附图1对本发明作进一步详细描述：本次测试操作的所有步骤都是由终端控制器90进行指令的发出和控制，终端控制器90发出通气指令并确定两极进气比之后，控制氢气罐10和空气压缩机50释放定量比的气体。气体将会经由三向旋塞阀32、减压阀、过滤器、压力传感器、温度传感器以及电磁阀。第一流量计38对氢气的实际流量进行监测，第一流量控制器30对氢气流量进行调整。然后气体将会经由第一分流器31分离，终端控制器90确定气体的分流流向。需要加湿操作时终端控制器90控制气体流经加湿装置70对湿度进行控制，进入燃料电池堆40，气体在燃料电池堆40充分反应后，经过冷却装置80进行水汽分离，水将会经由排水管81排出。整个操作***采用的是终端控制的反馈调节，经由终端控制器90发出指令，在实验数据稳定的情况下，数据反馈回终端控制器90,并对其数据进行分析和记录。
本发明***的燃料电池可以用于各类代步工具，也可以用做备用电源或便携式电源以及在太空的空间站也可以使用。同时本发明的燃料电池也可以用于分布式发电。
整个操作***采用的是终端控制的反馈调节，经由终端控制器90发出指令，在实验数据稳定的情况下，数据反馈回终端控制器90,并对其数据进行分析和记录。综上，燃料电池进气比控制***是控制单一变量的情况下对燃料电池的工作状态进行调整，通过多组实验数据进行比对。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (1)

1.燃料电池进气控制方法，其特征在于：该方法使用了燃料电池进气比控制***，
所述燃料电池进气比控制***，包括氢气罐(10)及氮气罐(20)，所述氢气罐(10)及氮气罐(20)的出口通过管路与第一流量控制器(30)的进口连通，所述第一流量控制器(30)的出口与燃料电池堆(40)的进口连通；
还包括空气压缩机(50)，所述空气压缩机(50)的出口通过管路与第二流量控制器(60)的进口连通，所述第二流量控制器(60)的出口与燃料电池堆(40)的进口连通；
还包括终端控制器(90)，所述终端控制器(90)用于控制第一流量控制器(30)及第二流量控制器(60)的输出量；
所述第一流量控制器(30)的出口与第一分流器(31)的进口连通，所述第一分流器(31)设置有两个出口分别与燃料电池堆(40)的进口及加湿装置(70)的进口连通，所述第二流量控制器(60)的出口与第二分流器(61)的进口连通，所述第二分流器(61)设置有两个出口分别与燃料电池堆(40)的进口及加湿装置(70)的进口连通，所述加湿装置(70)的出口与燃料电池堆(40)的进口连通；
所述燃料电池堆(40)还与冷却装置(80)连接，所述冷却装置(80)的冷却介质出口与燃料电池堆(40)的冷却介质入口连通，所述燃料电池堆(40)的冷却介质出口与冷却装置(80)的冷却介质入口连通，所述冷却装置(80)还与排水管(81)连接；
所述氢气罐(10)及氮气罐(20)的出口与三向旋塞阀(32)的两个进口连通，所述三向旋塞阀(32)的另一个出口与第一减压阀(33)的进口连通，所述第一减压阀(33)的出口与第一过滤器(34)的进口连通，所述第一过滤器(34)的出口与第一电磁阀(35)的进口连通，所述第一电磁阀(35)的出口与第一流量计(38)的进口连通，所述第一流量计(38)的出口与第一流量控制器(30)的进口连通，所述第一过滤器(34)的出口顺序设置有第一压力传感器(36)及第一温度传感器(37)，所述终端控制器(90)用于控制第一分流器(31)、三向旋塞阀(32)、第一减压阀(33)以及第一电磁阀(35)的启闭；
所述空气压缩机(50)出口与截止阀(51)的进口连通，所述截止阀(51)的出口与第二减压阀(52)的进口连通，所述第二减压阀(52)的出口与第二过滤器(53)的进口连通，所述第二过滤器(53)的出口与第二电磁阀(54)的进口连通，所述第二电磁阀(54)的出口与第二流量计(55)的进口连通，所述第二流量计(55)的出口与第二流量控制器(60)的进口连通，所述第二过滤器(53)的出口顺序设置有第二压力传感器(56)及第二温度传感器(57)，所述终端控制器(90)用于控制加湿装置(70)、截止阀(51)以及第二减压阀(52)以及第二电磁阀(54)的启闭；
所述氢气罐(10)及氮气罐(20)的出口分别设置有电磁阀，所述终端控制器(90)用于控制电磁阀的启闭；
所述燃料电池进气控制方法步骤如下：
第一步，打开氢气罐(10)及氮气罐(20)的气瓶压力阀；
第二步，打开空气压缩机(50)，调节第二减压阀(52)，并且将第二减压阀(52)调为0.2-0.3MPa；
第三步，调节第一减压阀(33)，并且将第一减压阀(33)调为0.5MPa；
第四步，混合气体及空气分别通过第一过滤器(34)及第二过滤器(53)，将混合气体及空气中的小颗粒的固体杂质过滤，并且通过第一压力传感器(36)及第二压力传感器(56)，对通入混合气体及空气的压力进行检测；
第五步，接着混合气体及空气分别通过第一电磁阀(35)及第二电磁阀(54)，并且利用终端控制器(90)控制第一电磁阀(35)及第二电磁阀(54)的启闭，并且控制混合气体及空气的进入与截止；
第六步，混合气体及空气分别通过第一流量控制器(30)及第二流量控制器(60)，并且利用终端控制器(90)通过控制第一流量控制器(30)及第二流量控制器(60)来调节通入气体的体积大小。
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