CN201233436Y - 全检测型燃料电池发电***科研实验装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了全检测型燃料电池发电***科研实验装置，包括燃料电池堆、金属氢化物储氢单元、燃料电池控制单元、负载，其特征在于，所述金属氧化物储氢单元的输出端连接所述燃料电池堆的输入端，所述燃料电池堆的一输出端分别连接负载，所述控制单元的两输出端分别连接金属氧化物储氢单元和燃料电池堆。具有功能强大、结构简单，人机界面友好，可扩展性强等特点。有助于研究人员开展实验，分析实验结果，加深了解各控制变量对电堆性能的影响。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种燃料电池发电***实验装置，尤其是一种全检测型燃料电池发电***科研实验装置。
背景技术
燃料电池以其零污染、低噪声、能量转换效率高、易于模块化建设等优点，在电力、运输、航空航天、军事等领域，具有广泛的应用前景和巨大的市场潜力。经过多年的发展，燃料电池发电技术即将走向实用化和产业化。研究方向也集中于电堆性能检测、***优化控制等实用关键技术的研究方面。但目前普遍缺乏***集成实验装置用于科学研究和实验等领域。
发明内容
本实用新型为燃料电池发电***测控技术的研究提供一个功能强大的基础实验装置。通过该装置，使人们对整个***及控制过程的实现有一个较清晰的了解和理解。
具体来说，本实用新型给出了一种全检测型燃料电池发电***科研实验装置，包括燃料电池堆、金属氢化物储氢单元、燃料电池控制单元、负载，其特征在于，所述金属氧化物储氢单元的输出端连接所述燃料电池堆的输入端，所述燃料电池堆的一输出端分别连接负载，所述控制单元的两输出端分别连接金属氧化物储氢单元和燃料电池堆。
比较好的是，所述装置进一步包括：操作单元，设置在所述控制单元和所述燃料电池堆之间。
比较好的是，所述装置进一步包括：温度检测单元，设置在所述控制单元和燃料电池堆之间，用于检测所述电池堆的温度；电压检测单元，设置在所述控制单元和燃料电池堆之间，用于检测所述电池堆的电压。
比较好的是，所述装置进一步包括显示单元，设置在所述燃料电池堆的另一输出端。
比较好的是，所述控制单元进一步包括第一控制单元，第二控制单元，第三控制单元；所述操作单元进一步包括第一风扇，电磁阀，第二风扇，其中，所述第一控制单元的输入端连接所述电压检测单元，其输出端连接第一风扇的输入端，为所述第一风扇提供电压，所述第二控制单元的输入端连接所述电压检测单元，输出端连接所述电磁阀，为所述燃料电池堆提供工作湿度，所述第三控制单元的输入端连接所述温度检测单元和所述电压检测单元，其输出端连接第二风扇的输入端。
上述结构的全检测型燃料电池发电***科研实验装置具有功能强大、结构简单，人机界面友好，可扩展性强等特点。有助于研究人员开展实验，分析实验结果，加深了解各控制变量对电堆性能的影响。
附图说明
下面，参照附图，对于熟悉本技术领域的人员而言，从对本实用新型的详细描述中，本实用新型的上述和其他目的、特征和优点将显而易见。
图1是本实用新型的实验装置的结构示意图；
图2是本实用新型实现控制的具体结构示意图。
具体实施方式
请参见附图1所示，本实验装置主要包括燃料电池堆11、金属氢化物储氢单元12、燃料电池控制单元13、负载14、显示单元15等部分组成。其中，金属氧化物储氢单元12为燃料电池堆11供应氢气，燃料电池堆11的两个输出端分别连接负载14和显示单元15，控制单元13的两个输出端分别连接金属氧化物储氢单元12和燃料电池堆11，以控制向电堆供氢。
其中，燃料电池发电***控制单元13是整个实验装置的核心部分，通过控制燃料电池堆11的温度、氢气压力、空气风量和尾气排放，实现燃料电池发电***的热管理和水管理。针对不同负载14，可对恒电流、恒电压、恒功率、恒电阻等多种方式下的电堆特性进行研究并绘制相应的特性曲线。通过调整和优化控制变量，确定最优操作条件，获得最佳的***输出性能。针对不同类型电堆，通过比较电堆特性曲线，评价电堆性能。
图2给出了燃料电池发电***的热管理和水管理的具体示意图。
该燃料电池控制单元13由三个控制单元组成，第一控制单元131接受检测得到的燃料电池堆11的电压信号，并根据电压/空气风量实验数据表的关系，由风量/风扇电压计算公式得到第一风扇161的电压，第二控制单元132根据电堆电堆电压和尾气排放频率的关系，获得电堆的尾气排放频率，并由此通过电磁阀162控制电堆的工作湿度；第三控制单元133根据电压检测单元18获得的电堆电压和温度检测单元17获得的电堆实际温度，获得电堆工作设定温度，并通过第二风扇163实现控制。
采用上述结构，针对风冷型燃料电池堆，通过调节风扇电压，改变风扇转速，控制电堆温度；针对水冷型燃料电池堆，通过调节循环水泵电压，改变冷却水流量，控制电堆温度，实现电堆的热管理。设定电磁阀开闭周期和占空比，调节尾气排放量，控制电堆内部湿度，实现电堆水管理。
此外，本装置还提供燃料电池堆的特性研究，应用所提供的线形负载(变阻器)和灯泡负载，通过观察显示仪表，初步了解电堆的电流、电压和功率特性。利用所提供的电子负载，进行恒电流、恒电压、恒功率和恒电阻实验，绘制不同负载变化下的V—I和P—I曲线，研究电堆的输出特性。
控制氢气进气压力；调节风扇电压或冷却水流量，控制电堆温度；调节尾气排放量。控制电堆湿度。通过比较不同功率变化下的V—I曲线，确定最优操作条件，获得相同系列电堆的最佳***输出性能曲线。
在此基础上，对于不同类型的燃料电池堆，在确定最优操作条件基础上，比较最佳性能输出曲线，划分功率输出段，分析计算极化压降、欧姆压降和浓差压降的形状、斜率和变化幅值，确定各功率段性能曲线的陡降点。检测各曲线陡降点V-I值，利用所建立的电堆性能评价模型，评价电堆各功率段性能。
本实用新型将燃料电池的性能检测、优化控制和性能评价集成在一个科研实验平台中，具有功能强大、结构简单，人机界面友好，可扩展性强等特点。有助于研究人员开展实验，分析实验结果，加深了解各控制变量对电堆性能的影响。通过实验研究，评价各类型电堆特性，针对不同供电对象，给出配置电堆的指导性建议。
本实用新型具有以下特点和优点：第一，设计实用简单、功能强大、具有良好的可扩展性。第二，提供基础接口和多类负载，可针对不同种类质子交换膜燃料电池开展性能特性的检测和控制研究。第三，提供友好的人机界面，便于研究人员设置控制参数监控***输出性能。第四，具有防短路、防反接、防过流等功能，提高装置安全性，便于研究人员操作使用。第五，采用模块化设计，便于拆卸、装配和扩展。
本实用新型技术最根本部分是针对控制变量和电堆输出性能之间相互影响关系的研究，可以为下一步***优化设计、故障诊断和高级控制策略研究的提供实验平台。从而，进一步解决燃料电池发电实用技术的关键问题，开发出具有自主知识产权的燃料电池相关产品。同时，通过扩展和充实本实用新型技术，建立更为标准的实验平台，可参与燃料电池行业、企业标准的制定。
以上诸实施例仅供说明本实用新型之用，而非对本实用新型的限制，有关技术领域的技术人员，在不脱离本实用新型的精神和范围的情况下，还可以作出各种变换或变化，因此所有等同的技术方案也应该属于本实用新型的范畴应由各权利要求限定。
Claims (5)
1、全检测型燃料电池发电***科研实验装置，包括燃料电池堆、金属氢化物储氢单元、燃料电池控制单元、负载，其特征在于，
所述金属氧化物储氢单元的输出端连接所述燃料电池堆的输入端，所述燃料电池堆的一输出端分别连接负载，所述控制单元的两输出端分别连接金属氧化物储氢单元和燃料电池堆。
2、根据权利要求1所述的全检测型燃料电池发电***科研实验装置，其特征在于，所述装置进一步包括：
操作单元，设置在所述控制单元和所述燃料电池堆之间。
3、根据权利要求2所述的全检测型燃料电池发电***科研实验装置，其特征在于，所述装置进一步包括：
温度检测单元，设置在所述控制单元和燃料电池堆之间，用于检测所述电池堆的温度；
电压检测单元，设置在所述控制单元和燃料电池堆之间，用于检测所述电池堆的电压。
4、根据权利要求1所述的全检测型燃料电池发电***科研实验装置，其特征在于，
所述装置进一步包括显示单元，设置在所述燃料电池堆的另一输出端。
5、根据权利要求3或4所述的全检测型燃料电池发电***科研实验装置，其特征在于，
所述控制单元进一步包括第一控制单元，第二控制单元，第三控制单元；所述操作单元进一步包括第一风扇，电磁阀，第二风扇，
其中，
所述第一控制单元的输入端连接所述电压检测单元，其输出端连接第一风扇的输入端，为所述第一风扇提供电压，所述第二控制单元的输入端连接所述电压检测单元，输出端连接所述电磁阀，为所述燃料电池堆提供工作湿度，所述第三控制单元的输入端连接所述温度检测单元和所述电压检测单元，其输出端连接第二风扇的输入端。
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