專利名稱：具有自我支持與電力輸出功能的燃料電池測試系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及燃料電池，尤其涉及一種具有自我支持與電力輸出功能的燃料電池測試系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
電化學(xué)燃料電池是一種能夠?qū)浼把趸瘎┺D(zhuǎn)化成電能及反應(yīng)產(chǎn)物的裝置。該裝置的內(nèi)部核心部件是膜電極(Membrane Electrode Assembly，簡稱MEA)，膜電極(MEA)由一張質(zhì)子交換膜、膜兩面夾兩張多孔性的可導(dǎo)電的材料，如碳紙組成。在膜與碳紙的兩邊界面上含有均勻細(xì)小分散的引發(fā)電化學(xué)反應(yīng)的催化劑，如金屬鉑催化劑。膜電極兩邊可用導(dǎo)電物體將發(fā)生電化學(xué)發(fā)應(yīng)過程中生成的電子，通過外電路引出，構(gòu)成電流回路。
在膜電極的陽極端，燃料可以通過滲透穿過多孔性擴(kuò)散材料(碳紙)，并在催化劑表面上發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)，失去電子，形成正離子，正離子可通過遷移穿過質(zhì)子交換膜，到達(dá)膜電極的另一端陰極端。在膜電極的陰極端，含有氧化劑(如氧氣)的氣體，如空氣，通過滲透穿過多孔性擴(kuò)散材料(碳紙)，并在催化劑表面上發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)得到電子，形成負(fù)離子。在陰極端形成的陰離子與陽極端遷移過來的正離子發(fā)生反應(yīng)，形成反應(yīng)產(chǎn)物。
在采用氫氣為燃料，含有氧氣的空氣為氧化劑(或純氧為氧化劑)的質(zhì)子交換膜燃料電池中，燃料氫氣在陽極區(qū)的催化電化學(xué)反應(yīng)就產(chǎn)生了氫正離子(或叫質(zhì)子)。質(zhì)子交換膜幫助氫正離子從陽極區(qū)遷移到陰極區(qū)。除此之外，質(zhì)子交換膜將含氫氣燃料的氣流與含氧的氣流分隔開來，使它們不會相互混合而產(chǎn)生爆發(fā)式反應(yīng)。
在陰極區(qū)，氧氣在催化劑表面上得到電子，形成負(fù)離子，并與陽極區(qū)遷移過來的氫正離子反應(yīng)，生成反應(yīng)產(chǎn)物水。在采用氫氣、空氣(氧氣)的質(zhì)子交換膜燃料電池中，陽極反應(yīng)與陰極反應(yīng)可以用以下方程式表達(dá)
陽極反應(yīng)陰極反應(yīng)在典型的質(zhì)子交換膜燃料電池中，膜電極(MEA)一般均放在兩塊導(dǎo)電的極板中間，每塊導(dǎo)流極板與膜電極接觸的表面通過壓鑄、沖壓或機(jī)械銑刻，形成至少一條以上的導(dǎo)流槽。這些導(dǎo)流極板可以是金屬材料的極板，也可以是石墨材料的極板。這些導(dǎo)流極板上的流體孔道與導(dǎo)流槽分別將燃料和氧化劑導(dǎo)入膜電極兩邊的陽極區(qū)與陰極區(qū)。在一個質(zhì)子交換膜燃料電池單電池的構(gòu)造中，只存在一個膜電極，膜電極兩邊分別是陽極燃料的導(dǎo)流板與陰極氧化劑的導(dǎo)流板。這些導(dǎo)流板既作為電流集流板，也作為膜電極兩邊的機(jī)械支撐，導(dǎo)流板上的導(dǎo)流槽又作為燃料與氧化劑進(jìn)入陽極、陰極表面的通道，并作為帶走燃料電池運(yùn)行過程中生成的水的通道。
為了增大整個質(zhì)子交換膜燃料電池的總功率，兩個或兩個以上的單電池通?？赏ㄟ^直疊的方式串聯(lián)成電池組或通過平鋪的方式聯(lián)成電池組。在直疊、串聯(lián)式的電池組中，一塊極板的兩面都可以有導(dǎo)流槽，其中一面可以作為一個膜電極的陽極導(dǎo)流面，而另一面又可作為另一個相鄰膜電極的陰極導(dǎo)流面，這種極板叫做雙極板。一連串的單電池通過一定方式連在一起而組成一個電池組。電池組通常通過前端板、后端板及拉桿緊固在一起成為一體。
一個典型電池組通常包括(1)燃料及氧化劑氣體的導(dǎo)流進(jìn)口和導(dǎo)流通道，將燃料(如氫氣、甲醇或甲醇、天然氣、汽油經(jīng)重整后得到的富氫氣體)和氧化劑(主要是氧氣或空氣)均勻地分布到各個陽極、陰極面的導(dǎo)流槽中；(2)冷卻流體(如水)的進(jìn)出口與導(dǎo)流通道，將冷卻流體均勻分布到各個電池組內(nèi)冷卻通道中，將燃料電池內(nèi)氫、氧電化學(xué)放熱反應(yīng)生成的熱吸收并帶出電池組進(jìn)行散熱；(3)燃料與氧化劑氣體的出口與相應(yīng)的導(dǎo)流通道，燃料氣體與氧化劑氣體在排出時，可攜帶出燃料電池中生成的液、汽態(tài)的水。通常，將所有燃料、氧化劑、冷卻流體的進(jìn)出口都開在燃料電池組的一個端板上或兩個端板上。
質(zhì)子交換膜燃料電池(PEMFC)可用作一切車、船等運(yùn)載工具的動力系統(tǒng)，又可用作手提式、固定式的發(fā)電裝置。質(zhì)子交換膜燃料電池在用作車、船動力系統(tǒng)或移動式/固定式發(fā)電站時，一般用氫氣為燃料，空氣為氧化劑，并且根據(jù)用途的不同要求輸出的凈功率不等，一般凈功率輸出要求從幾千瓦到幾百千瓦。
燃料電池發(fā)電系統(tǒng)一般由以下幾個部分組成(1)燃料電池堆；(2)燃料氫氣供應(yīng)子系統(tǒng)；(3)空氣供應(yīng)子系統(tǒng)；(4)循環(huán)冷卻散熱子系統(tǒng)；(5)自動控制及電能輸出子系統(tǒng)。整個燃料電池發(fā)電系統(tǒng)除了燃料電池堆以外的其他部分也可以統(tǒng)稱為燃料電池運(yùn)行支持系統(tǒng)。
為了保證燃料電池堆的持續(xù)性、安全可靠性運(yùn)行并向外輸出所需的有效功率，必須給燃料電池提供足夠的空氣，氫氣及循環(huán)冷卻水(冬天采用防凍液)，因此提供空氣的鼓風(fēng)機(jī)或壓縮機(jī)、給循環(huán)冷卻水(防凍液)提供動力的水泵、散熱器風(fēng)扇以及電磁閥和其他控制及監(jiān)控部件等燃料電池堆運(yùn)行支持系統(tǒng)自身也必須消耗一定的功率。其中最主要的功率消耗部件是鼓風(fēng)機(jī)(或壓縮機(jī))、水泵及散熱器。電磁閥和其他的控制及監(jiān)控部件的消耗功率只是很小的一部分。
采用鼓風(fēng)機(jī)供空氣的燃料電池系統(tǒng)在系統(tǒng)額定凈功率輸出時其運(yùn)行支持系統(tǒng)自身所消耗的總功率大約是電堆輸出總功率的10％，且鼓風(fēng)機(jī)及水泵都可以采用緩起動，所需的起動功率很小，因此完全可以實現(xiàn)自起動。而采用空氣壓縮機(jī)供空氣的燃料電池系統(tǒng)在系統(tǒng)額定凈功率輸出時其運(yùn)行支持系統(tǒng)自身所消耗的總功率大約占電堆輸出總功率的20％左右，且空氣壓縮機(jī)起動所需的功率很大，因此實現(xiàn)自起動的難度相對增加。
目前多數(shù)質(zhì)子交換膜燃料電池發(fā)電系統(tǒng)在開始起動時必須要有外部電源供電，這種外部電源，可以是蓄電池，或是從電網(wǎng)上取電。幫助燃料電池發(fā)電系統(tǒng)起動一直到穩(wěn)定的工作狀態(tài)，等到燃料電池發(fā)電系統(tǒng)處于穩(wěn)定的工作狀態(tài)后，再切換至燃料電池自身供電。燃料電池發(fā)電系統(tǒng)作為車、船動力系統(tǒng)或移動式發(fā)電站應(yīng)用時，上述二種外部電源有不可克服的技術(shù)缺陷1.從電網(wǎng)上取電對車用燃料電池動力系統(tǒng)、船用燃料電池動力系統(tǒng)根本就不可行，對于固定式或移動式燃料電池發(fā)電系統(tǒng)也非常不便，當(dāng)電網(wǎng)停電時就根本不能起動。
2.采用蓄電池起動采用蓄電池起動時就必然要在系統(tǒng)內(nèi)加裝多組供電蓄電池，增加了系統(tǒng)的復(fù)雜性。對于幾十千瓦至幾百千瓦的燃料電池發(fā)電系統(tǒng)，與其相匹配的起動蓄電池用量也非常巨大，增大了系統(tǒng)的成本，并且系統(tǒng)重量增加巨大，對于車用燃料電池動力系統(tǒng)和船用燃料電池動力系統(tǒng)而言，蓄電池占住了大量的空間，增加了裝配難度，且重量的增加降低了燃料的經(jīng)濟(jì)性。
上海神力科技公司專利“一種帶自起動裝置的燃料電池發(fā)電系統(tǒng)”(專利號03209953.3)提供了一種方法，這種帶自起動裝置的燃料電池發(fā)電系統(tǒng)，包括燃料電池堆、燃料氫氣供應(yīng)子系統(tǒng)、空氣供應(yīng)子系統(tǒng)、冷卻散熱子系統(tǒng)、自動控制及電能輸出子系統(tǒng)以及自起動裝置。該技術(shù)只需要攜帶一至二節(jié)功率、體積、重量非常小的蓄電池就可以實現(xiàn)燃料電池發(fā)電系統(tǒng)的自起動。其示意圖如圖1所示。圖1中，4.高壓氫氣罐、2.空氣輸送泵、1.燃料電池堆、8.氫氣供應(yīng)電磁閥、31.空氣供氣電磁閥、12.氫氣水汽分離器、32.空氣水汽分離器、33.空氣排出節(jié)流閥、41.氫氣循環(huán)泵、15.冷卻水(液)箱、16.冷卻水(液)循環(huán)泵、17.散熱器、51.電堆輸出負(fù)載、30.空氣減壓閥、7.氫氣減壓閥。但該技術(shù)也有以下技術(shù)缺陷額外地增加了一些自起動裝置，例如小型空氣泵、空氣泵電磁閥。這些器件不但導(dǎo)致整個燃料電池發(fā)電系統(tǒng)的復(fù)雜性，使得價格增高，而且當(dāng)燃料電池發(fā)電系統(tǒng)作為車、船動力系統(tǒng)應(yīng)用時，占據(jù)了車、船上寶貴的有效空間，降低了車、船的動力效率。
另外，現(xiàn)有的燃料電池測試站在起動與運(yùn)轉(zhuǎn)時都需要外電源供電，包括其電磁閥、水泵等都必須外接電源，這樣就使測試站耗電量上升；而且，若燃料電池測試站附近沒有外接電源時，該測試站則無法工作。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷而提供一種結(jié)構(gòu)簡單、成本較低、性能可靠的具有自我支持與電力輸出功能的燃料電池測試系統(tǒng)。
本發(fā)明的目的可以通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)一種具有自我支持與電力輸出功能的燃料電池測試系統(tǒng)，該系統(tǒng)由以下六個子系統(tǒng)組成(1)氫氣供應(yīng)子系統(tǒng)，(2)空氣供應(yīng)子系統(tǒng)，(3)冷卻散熱子系統(tǒng)，(4)控制子系統(tǒng)，(5)燃料電池堆電能輸出子系統(tǒng)，(6)燃料電池堆測試與裝配架子系統(tǒng)；所述的氫氣供應(yīng)子系統(tǒng)包括高壓儲氫罐、氫罐手動截止閥、充氫閥、一級高壓減壓閥、供氫電磁閥、氫氣增濕器、氫氣汽水分離器、氫氣定時排放電磁閥及連接管道，所述的空氣供應(yīng)子系統(tǒng)包括高壓鼓風(fēng)機(jī)、空氣增濕器及連接管道，所述的冷卻散熱子系統(tǒng)包括冷卻水儲箱、冷卻水循環(huán)泵、冷卻水散熱器、冷卻水儲箱排水閥及連接管道，所述的控制子系統(tǒng)包括中央控制器，該中央控制器集中控制供氫電磁閥、氫氣定時排放電磁閥、高壓鼓風(fēng)機(jī)、冷卻水循環(huán)泵的開啟與關(guān)停，并由該中央控制器控制正常運(yùn)行下的高壓鼓風(fēng)機(jī)及冷卻水循環(huán)泵電機(jī)的轉(zhuǎn)速以及氫氣定時排放電磁閥的排放頻率，所述的燃料電池堆電能輸出子系統(tǒng)包括燃料電池堆、燃料電池外接負(fù)載系統(tǒng)，該外接負(fù)載系統(tǒng)包括接觸器和外接負(fù)載；其特征在于，所述的氫氣供應(yīng)子系統(tǒng)還包括二級低壓減壓閥、氫氣手動排放截止閥，所述的燃料電池堆電能輸出子系統(tǒng)還包括燃料電池自身供電系統(tǒng)，該自身供電系統(tǒng)包括蓄電池、調(diào)壓模塊、第一電機(jī)控制器、第二電機(jī)控制器，所述的第一電機(jī)控制器控制起動及運(yùn)行狀態(tài)下的高壓鼓風(fēng)機(jī)，所述的第二電機(jī)控制器控制起動及運(yùn)行狀態(tài)下的冷卻水循環(huán)泵，所述的燃料電池堆測試與裝配架子系統(tǒng)包括工作臺、壓力可調(diào)壓緊裝置、定位導(dǎo)桿。
所述的冷卻水散熱器帶有散熱風(fēng)扇。
還包括第一接觸器、第二接觸器、第三接觸器，所述的中央控制器通過控制第一接觸器而控制供氫電磁閥的開啟與關(guān)閉，通過控制第二接觸器而控制氫氣定時排放電磁閥的開啟頻率與排放時間，通過控制第三接觸器而控制散熱風(fēng)扇的開啟與關(guān)閉。
所述的中央控制器通過第一電機(jī)控制器、第二電機(jī)控制器對高壓鼓風(fēng)機(jī)、冷卻水循環(huán)泵的開啟與關(guān)停及電機(jī)轉(zhuǎn)速進(jìn)行控制。
所述的二級低壓減壓閥設(shè)在供氫電磁閥與氫氣增濕器之間。
所述的氫氣手動排放截止閥設(shè)在燃料電池堆氫氣出口管道上，并與氫氣汽水分離器并聯(lián)。
所述的調(diào)壓模塊一端與燃料電池堆正負(fù)極相連，另一端與蓄電池相連。
所述的調(diào)壓模塊雙向DC/DC調(diào)壓模塊。
所述的蓄電池為24V蓄電池。
所述的工作臺設(shè)有板式臺面，用于支承壓力可調(diào)壓緊裝置和需裝配與測試的燃料電池堆，所述的壓力可調(diào)壓緊裝置設(shè)在臺面的一端，所述的燃料電池堆設(shè)在臺面的另一端，所述的定位導(dǎo)桿至少設(shè)有兩根，該定位導(dǎo)桿沿軸向垂直穿設(shè)于燃料電池堆的前后端板上，所述的壓力可調(diào)壓緊裝置設(shè)有頂桿，該頂桿推動燃料電池堆的后端板沿軸向向前端板方向做壓緊動作。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明采用了一單組低壓蓄電池并匹配燃料電池原有的一些部件即實現(xiàn)了系統(tǒng)的自起動，它省去了原來除了蓄電池以外還必須專門設(shè)置的起動裝置，因此本發(fā)明具有結(jié)構(gòu)簡單、制造成本低、性能可靠的優(yōu)點；此外，本發(fā)明具有自我支持與電力輸出功能的燃料電池測試系統(tǒng)可以自己發(fā)電起動，自己運(yùn)行，發(fā)出多余的電力還可以輸出供給負(fù)載或其它用電器。
圖1為現(xiàn)有燃料電池發(fā)電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為本發(fā)明燃料電池堆測試與裝配架子系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施例方式
下面將結(jié)合附圖及具體實施例，對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。
如圖2所示，一種具有自我支持與電力輸出功能的燃料電池測試系統(tǒng)，該系統(tǒng)由以下六個子系統(tǒng)組成(1)氫氣供應(yīng)子系統(tǒng)，(2)空氣供應(yīng)子系統(tǒng)，(3)冷卻散熱子系統(tǒng)，(4)控制子系統(tǒng)，(5)燃料電池堆電能輸出子系統(tǒng)，(6)燃料電池堆測試與裝配架子系統(tǒng)。所述的氫氣供應(yīng)子系統(tǒng)包括高壓儲氫罐4、氫罐手動截止閥6、充氫閥5、一級高壓減壓閥7、供氫電磁閥8、二級低壓減壓閥9、氫氣增濕器10、氫氣汽水分離器11、氫氣定時排放電磁閥12、氫氣手動排放截止閥13及連接管道，所述的二級低壓減壓閥9設(shè)在供氫電磁閥8與氫氣增濕器10之間，所述的氫氣手動排放截止閥13設(shè)在燃料電池堆1氫氣出口管道上，并與氫氣汽水分離器11并聯(lián)；所述的空氣供應(yīng)子系統(tǒng)包括高壓鼓風(fēng)機(jī)2、空氣增濕器3及連接管道；所述的冷卻散熱子系統(tǒng)包括冷卻水儲箱14、冷卻水循環(huán)泵15、冷卻水散熱器16、冷卻水儲箱排水閥17及連接管道，所述的冷卻水散熱器16帶有散熱風(fēng)扇；所述的控制子系統(tǒng)包括中央控制器20，該中央控制器20集中控制供氫電磁閥8、氫氣定時排放電磁閥12、高壓鼓風(fēng)機(jī)3、冷卻水循環(huán)泵15的開啟與關(guān)停，并由該中央控制器20控制正常運(yùn)行下的高壓鼓風(fēng)機(jī)2及冷卻水循環(huán)泵15電機(jī)的轉(zhuǎn)速以及氫氣定時排放電磁閥12的排放頻率；所述的燃料電池堆電能輸出子系統(tǒng)包括燃料電池外接負(fù)載系統(tǒng)、燃料電池自身供電系統(tǒng)，所述的外接負(fù)載系統(tǒng)包括接觸器26和外接負(fù)載，所述的自身供電系統(tǒng)包括24V蓄電池19、雙向DC/DC調(diào)壓模塊18、第一電機(jī)控制器21、第二電機(jī)控制器22，所述的雙向DC/DC調(diào)壓模塊18一端與燃料電池堆1正負(fù)極相連，另一端與24V蓄電池19相連，所述的第一電機(jī)控制器21控制起動及運(yùn)行狀態(tài)下的高壓鼓風(fēng)機(jī)2，所述的第二電機(jī)控制器22控制起動及運(yùn)行狀態(tài)下的冷卻水循環(huán)泵15。
所述的燃料電池發(fā)電系統(tǒng)還包括第一接觸器23、第二接觸器24、第三接觸器25，所述的中央控制器20通過控制第一接觸器23而控制供氫電磁閥8的開啟與關(guān)閉，通過控制第二接觸器24而控制氫氣定時排放電磁閥12的開啟頻率與排放時間，通過控制第三接觸器25而控制冷卻水散熱器16的散熱風(fēng)扇開啟與關(guān)閉。
所述的中央控制器20通過第一電機(jī)控制器21、第二電機(jī)控制器22對高壓鼓風(fēng)機(jī)2、冷卻水循環(huán)泵15的開啟與關(guān)停及電機(jī)轉(zhuǎn)速進(jìn)行控制。
本實施例具體為一種具有自我支持與電力輸出功能的5-10kw燃料電池測試系統(tǒng)，請參考圖2，燃料電池堆由100個單電池組成，開路電壓是100V左右，工作電壓范圍是100V～50V之間。所有電磁閥、散熱風(fēng)扇及控制電源都由雙向DC/DC或24V蓄電池提供。雙向DC/DC一端與燃料電池正負(fù)極相連，另一端與24V蓄電池相連。鼓風(fēng)機(jī)電機(jī)控制器和水泵電機(jī)控制器直接和燃料電池正負(fù)極及雙向DC/DC高壓端正負(fù)極相連，鼓風(fēng)機(jī)和水泵電機(jī)是一種與燃料電池輸出電壓相適應(yīng)的直流無刷電機(jī)。所有電磁閥的開閉、鼓風(fēng)機(jī)和水泵的起停及調(diào)速、散熱風(fēng)扇的起停都由中央控制器集中控制。在燃料電池未起動的時候，24V蓄電池可以通過雙向DC/DC升壓至鼓風(fēng)機(jī)及水泵所需電壓，燃料電池起動成功后，燃料電池電壓通過雙向DC/DC反向降壓24V給蓄電池進(jìn)行浮充。
本實施例具有自我支持與電力輸出功能的燃料電池測試系統(tǒng)自起動步驟具有自我支持與電力輸出功能的燃料電池測試系統(tǒng)在停機(jī)達(dá)到一定時間后，由于燃料電池堆中與氫管路中的氫燃料都已消耗殆盡，整個系統(tǒng)沒有向外界或向支持燃料電池發(fā)電系統(tǒng)的功率消耗器件供電的能力。所有電磁閥都處于常閉狀態(tài)，表現(xiàn)在燃料電池堆1的開路電壓為零。
打開高壓氫氣罐手動截止閥6，調(diào)節(jié)一級高壓減壓閥7至所需壓力，接通蓄電池電源給中央控制器供電，中央控制器采用上電起動。調(diào)節(jié)二級低壓減壓閥9至電堆運(yùn)行壓力(也可以預(yù)先調(diào)定到電堆運(yùn)行所需壓力的位置)，中央控制器控制供氫電磁閥8和氫氣定時排放電磁閥12的起動。雙向DC/DC將24V蓄電池電壓升至鼓風(fēng)機(jī)及水泵啟動所需電壓，并由中央控制器指令起動鼓風(fēng)機(jī)和水泵，燃料電池電極兩側(cè)充滿氫氣和空氣，燃料電池建立電壓，并通過雙向DC/DC回供蓄電池及其他24V用電設(shè)備及控制部件。燃料電池起動成功。
具有自我支持與電力輸出功能的燃料電池測試系統(tǒng)運(yùn)行正常后，合上外接負(fù)載前端接觸器，燃料電池開始給外接負(fù)載供電。
如圖3所示，本實施例一種燃料電池堆測試與裝配架子系統(tǒng)，該測試與裝配架子系統(tǒng)包括工作臺1a、壓力可調(diào)壓緊裝置2a、定位導(dǎo)桿3a，所述的工作臺設(shè)有板式臺面11a，用于支承壓力可調(diào)壓緊裝置2a和需裝配與測試的燃料電池堆1，所述的壓力可調(diào)壓緊裝置2a設(shè)在臺面11a的一端，所述的燃料電池堆1設(shè)在臺面11a的另一端，所述的定位導(dǎo)桿3a設(shè)有四根，該定位導(dǎo)桿3a沿軸向垂直穿設(shè)于燃料電池堆1的前后端板41a、42a上，其中，四根定位導(dǎo)桿3a分別設(shè)在需裝配與測試的燃料電池堆1前后端板41a、42a的左右與底部，左右兩根為定位導(dǎo)桿，底部兩根為除了定位之外，還具有支撐燃料電池堆作用的表面光滑的導(dǎo)桿。所述的壓力可調(diào)壓緊裝置2a設(shè)有頂桿21a，該頂桿21a推動燃料電池堆的后端板42a沿軸向向前端板41a方向做壓緊動作。
所述的壓力可調(diào)壓緊裝置2a包括活塞式氣缸22a、氣缸固定前端板221a、氣缸固定后端板222a、頂桿21a、固定拉桿23a、連接套筒24a，所述的頂桿21a為與汽缸活塞連接的頂出機(jī)構(gòu)，所述的固定拉桿23a沿軸向穿設(shè)于氣缸固定前、后端板221a、222a的四個角部并予以固定，所述的連接套筒24a將固定拉桿23a與燃料電池堆1的金屬拉桿43a套接，所述的頂桿21a推動燃料電池堆1后端板42a沿軸向向前端板41a方向做壓緊動作。
所述的需裝配與測試的燃料電池堆1的前端板41a上集中設(shè)有氫氣進(jìn)出口411a、411’a，空氣進(jìn)出口412a、412’a以及冷卻水進(jìn)出口413a、413’a。
本實施例中，燃料電池堆1由前端板、正極導(dǎo)電集流母板、100個單電池、負(fù)極導(dǎo)電集流母板以及后端板組成。單電池高206mm，寬206mm。裝配架上有四根定位導(dǎo)桿，底部二根定位導(dǎo)桿(圖未示)，左、右二根定位導(dǎo)桿3a。其中底部二根供支撐燃料電池堆之用，表面做得非常光滑，有利于當(dāng)燃料電池堆受到壓緊裝置壓力而緊縮時可以滑動；左、右二根定位導(dǎo)桿3a距離比206mm稍寬0.05-0.20mm，有利于各個單電池裝配整齊。
壓緊裝置采用一個活塞式氣缸2a，當(dāng)氣缸22a中充入空氣或氮?dú)饬鶄€大氣壓時，活塞向燃料電池堆后端板移動，活塞頂桿21a將后端板42a壓緊。此時，將燃料電池堆1前端板41a上的三種流體進(jìn)、出口用管子引出，直接進(jìn)行燃料電池堆運(yùn)行測試。
權(quán)利要求
1.一種具有自我支持與電力輸出功能的燃料電池測試系統(tǒng)，該系統(tǒng)由以下六個子系統(tǒng)組成(1)氫氣供應(yīng)子系統(tǒng)，(2)空氣供應(yīng)子系統(tǒng)，(3)冷卻散熱子系統(tǒng)，(4)控制子系統(tǒng)，(5)燃料電池堆電能輸出子系統(tǒng)，(6)燃料電池堆測試與裝配架子系統(tǒng)；所述的氫氣供應(yīng)子系統(tǒng)包括高壓儲氫罐、氫罐手動截止閥、充氫閥、一級高壓減壓閥、供氫電磁閥、氫氣增濕器、氫氣汽水分離器、氫氣定時排放電磁閥及連接管道，所述的空氣供應(yīng)子系統(tǒng)包括高壓鼓風(fēng)機(jī)、空氣增濕器及連接管道，所述的冷卻散熱子系統(tǒng)包括冷卻水儲箱、冷卻水循環(huán)泵、冷卻水散熱器、冷卻水儲箱排水閥及連接管道，所述的控制子系統(tǒng)包括中央控制器，該中央控制器集中控制供氫電磁閥、氫氣定時排放電磁閥、高壓鼓風(fēng)機(jī)、冷卻水循環(huán)泵的開啟與關(guān)停，并由該中央控制器控制正常運(yùn)行下的高壓鼓風(fēng)機(jī)及冷卻水循環(huán)泵電機(jī)的轉(zhuǎn)速以及氫氣定時排放電磁閥的排放頻率，所述的燃料電池堆電能輸出子系統(tǒng)包括燃料電池堆、燃料電池外接負(fù)載系統(tǒng)，該外接負(fù)載系統(tǒng)包括接觸器和外接負(fù)載；其特征在于，所述的氫氣供應(yīng)子系統(tǒng)還包括二級低壓減壓閥、氫氣手動排放截止閥，所述的燃料電池堆電能輸出子系統(tǒng)還包括燃料電池自身供電系統(tǒng)，該自身供電系統(tǒng)包括蓄電池、調(diào)壓模塊、第一電機(jī)控制器、第二電機(jī)控制器，所述的第一電機(jī)控制器控制起動及運(yùn)行狀態(tài)下的高壓鼓風(fēng)機(jī)，所述的第二電機(jī)控制器控制起動及運(yùn)行狀態(tài)下的冷卻水循環(huán)泵，所述的燃料電池堆測試與裝配架子系統(tǒng)包括工作臺、壓力可調(diào)壓緊裝置、定位導(dǎo)桿。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種具有自我支持與電力輸出功能的燃料電池測試系統(tǒng)，其特征在于，所述的冷卻水散熱器帶有散熱風(fēng)扇。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種具有自我支持與電力輸出功能的燃料電池測試系統(tǒng)，其特征在于，還包括第一接觸器、第二接觸器、第三接觸器，所述的中央控制器通過控制第一接觸器而控制供氫電磁閥的開啟與關(guān)閉，通過控制第二接觸器而控制氫氣定時排放電磁閥的開啟頻率與排放時間，通過控制第三接觸器而控制散熱風(fēng)扇的開啟與關(guān)閉。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種具有自我支持與電力輸出功能的燃料電池測試系統(tǒng)，其特征在于，所述的中央控制器通過第一電機(jī)控制器、第二電機(jī)控制器對高壓鼓風(fēng)機(jī)、冷卻水循環(huán)泵的開啟與關(guān)停及電機(jī)轉(zhuǎn)速進(jìn)行控制。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種具有自我支持與電力輸出功能的燃料電池測試系統(tǒng)，其特征在于，所述的二級低壓減壓閥設(shè)在供氫電磁閥與氫氣增濕器之間。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種具有自我支持與電力輸出功能的燃料電池測試系統(tǒng)，其特征在于，所述的氫氣手動排放截止閥設(shè)在燃料電池堆氫氣出口管道上，并與氫氣汽水分離器并聯(lián)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種具有自我支持與電力輸出功能的燃料電池測試系統(tǒng)，其特征在于，所述的調(diào)壓模塊一端與燃料電池堆正負(fù)極相連，另一端與蓄電池相連。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種具有自我支持與電力輸出功能的燃料電池測試系統(tǒng)，其特征在于，所述的調(diào)壓模塊雙向DC/DC調(diào)壓模塊。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種具有自我支持與電力輸出功能的燃料電池測試系統(tǒng)，其特征在于，所述的蓄電池為24V蓄電池。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種具有自我支持與電力輸出功能的燃料電池測試系統(tǒng)，其特征在于，所述的工作臺設(shè)有板式臺面，用于支承壓力可調(diào)壓緊裝置和需裝配與測試的燃料電池堆，所述的壓力可調(diào)壓緊裝置設(shè)在臺面的一端，所述的燃料電池堆設(shè)在臺面的另一端，所述的定位導(dǎo)桿至少設(shè)有兩根，該定位導(dǎo)桿沿軸向垂直穿設(shè)于燃料電池堆的前后端板上，所述的壓力可調(diào)壓緊裝置設(shè)有頂桿，該頂桿推動燃料電池堆的后端板沿軸向向前端板方向做壓緊動作。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種具有自我支持與電力輸出功能的燃料電池測試系統(tǒng)，該系統(tǒng)由以下六個子系統(tǒng)組成(1)氫氣供應(yīng)子系統(tǒng)，(2)空氣供應(yīng)子系統(tǒng)，(3)冷卻散熱子系統(tǒng)，(4)控制子系統(tǒng)，(5)燃料電池堆電能輸出子系統(tǒng)，(6)燃料電池堆測試與裝配架子系統(tǒng)；所述的氫氣供應(yīng)子系統(tǒng)還包括二級低壓減壓閥、氫氣手動排放截止閥，所述的燃料電池堆電能輸出子系統(tǒng)還包括燃料電池自身供電系統(tǒng)，該自身供電系統(tǒng)包括蓄電池、調(diào)壓模塊、第一電機(jī)控制器、第二電機(jī)控制器，所述的燃料電池堆測試與裝配架子系統(tǒng)包括工作臺、壓力可調(diào)壓緊裝置、定位導(dǎo)桿；與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有結(jié)構(gòu)簡單、成本較低、性能可靠等優(yōu)點。
文檔編號G01R31/36GK1790043SQ20041009310
公開日2006年6月21日 申請日期2004年12月16日 優(yōu)先權(quán)日2004年12月16日
發(fā)明者胡里清, 夏建偉, 付明竹, 章波 申請人:上海神力科技有限公司