一种燃料电池电堆加热测试电路及系统的制作方法

本发明涉及燃料电池和电路技术领域，尤其涉及一种燃料电池电堆加热测试电路及系统。

背景技术：

固体氧化物燃料电池作为一种高效、清洁的新型能源，其开发利用对解决当前的环境污染和能源危机问题具有重要的意义。当前相关技术主要从整体系统上对燃料电池进行可行性分析和优化研究，以达到系统结构的最优化设计和控制策略的完美分析。在理论建模上进行了大量的研究工作，在系统实验上进行了大量的工作以验证电堆的反应性能。这种技术研究手段对燃料电池系统的分析和商业化应用具有重要的意义。但同时，从整体系统对燃料电池进行分析将花费实验人员大量时间和精力，因此需要一种可以对电堆进行反应监测的电路，可以快速准确地检测电堆的反应条件并进行控制，验证电堆运行效果，减少不必要的时间和材料浪费。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，提供一种燃料电池电堆加热测试电路。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种燃料电池电堆加热测试电路，包括第一继电控制电路、电源电路、PLC控制电路、气缸控制电路、温度检测电路、第二继电控制电路和电压调节电路。

所述第一继电控制电路和电源电路分别与外部第一电源连接，所述第一继电控制电路与空压机连接，所述电源电路分别与所述PLC控制电路和气缸控制电路连接，所述PLC控制电路分别与所述温度检测电路和电压调节电路连接，所述气缸控制电路与气缸连接并控制气缸活塞杆运动；所述第二继电控制电路与外部第二电源连接，所述第二继电控制电路与所述电压调节电路连接，所述电压调节电路与加热炉连接并控制加热炉的加热功率。

本发明的有益效果是：本发明的一种燃料电池电堆加热测试电路，可以对燃料电池的电堆反应进行监测和控制，可以快速准确地控制反应条件，验证电堆运行效果，减少不必要的时间和材料浪费，有效简化燃料电池实验装置，降低实验成本，减少实验工作量。

在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进：

进一步：所述第一继电控制电路包括第一交流接触器和第一按钮开关，所述第一交流接触器分别与外部第一电源和所述空压机连接，所述第一按钮开关与所述第一交流接触器连接，并通过所述第一交流接触器控制所述空压机的电源通断；所述第二继电控制电路包括第二交流接触器和第二按钮开关，所述第二交流接触器分别与外部第二电源和所述电压调节电路连接，所述第二按钮开关与所述第二交流接触器连接，并通过所述第二交流接触器控制所述电压调节电路的电源通断。

上述进一步方案的有益效果是：通过所述第一交流接触器和第二交流接触器可以规避直接通断高电压电路带来的安全隐患，通过所述第一按钮开关和第二按钮开关可以分别对所述第一交流接触器和第二交流接触器进行控制，从而实现第一继电控制电路和第二继电控制电路与外部电源的通断控制。

进一步：所述电源电路采用24V直流开关电源。

上述进一步方案的有益效果是：通过所述24V直流开关电源可以将外部220V交流电转换为24V直流电并为所述气缸控制电路和PLC控制电路提供电源。

进一步：所述PLC控制电路包括CPU和模拟信号输入输出电路，所述电源电路分别与所述CPU和模拟信号输入输出电路连接并为其提供电源，所述CPU与模拟信号输入输出电路连接，所述温度检测电路与所述模拟信号输入输出电路连接，采集电堆内的温度并通过模拟信号输入输出电路发送至所述CPU，所述模拟信号输入输出电路还与所述电压调节电路连接。

上述进一步方案的有益效果是：通过所述PLC控制电路可以根据所述温度检测电路的检测结果对所述电压调节电路进行反馈控制，从而使得所述加热炉内的温度恒定在设定的温度值附近保持动态平衡，确保电堆的反应温度达到设定需求。

进一步：所述气缸控制电路包括旋钮开关和电磁阀，所述旋钮开关和电磁阀串联在所述电源电路与所述气缸之间，调节所述旋钮开关，并通过所述电磁阀调整所述气缸的活塞杆前进或后退。

上述进一步方案的有益效果是：通过调节所述旋钮开关可以对所述电磁阀进行调节，从而控制气体流动方向，实现所述气缸的活塞杆的前进或后退，从而实现气缸对电堆的加压、放松处理。

进一步：所述温度检测电路采用热电偶传感器。

上述进一步方案的有益效果是：通过所述热电偶传感器可以比较精确的测量所述加热炉内的温度，响应时间快，耐温性较高，使用寿命长，装配简单，更换方便。

进一步：还包括第一保护电路和第二保护电路，所述第一保护电路连接在外部第一电源与所述第一继电控制电路之间，所述第二保护电路连接在外部第二电源与所述第二继电控制电路之间。

上述进一步方案的有益效果是：通过所述第一保护电路和第二保护电路可以对电路进行进一步保护，可以在电路中出现电流或电压过大的情况下自动断开电路，避免电路中元器件烧毁，确保电路的安全性能。

进一步：所述第一保护电路包括第一空气开关和第一熔断器，所述第一空气开关连接在外部第一电源与所述第一熔断器之间，所述第一熔断器分别与所述第一继电控制电路和电源电路连接，并在电路中电流过大时自动断开；所述第二保护电路包括第二空气开关和第二熔断器，所述第二空气开关连接在外部第二电源与所述第二熔断器之间，所述第二熔断器与所述第二继电控制电路连接。

进一步：所述电压调节电路采用SCR调功器。

上述进一步方案的有益效果是：通过所述SCR调功器可以比较方便的调节所述加热炉的电压，从而控制所述加热炉的加热功率，实现对加热炉内温度的精确控制，非常方便，控制精度较高。

本发明还提供了一种燃料电池电堆加热测试系统，包括后台监控主机和所述的燃料电池电堆加热测试电路，所述后台监控主机与所述PLC控制电路连接，并监测燃料电池电堆的反应参数。

附图说明

图1为本发明实施例一的一种燃料电池电堆加热测试电路结构示意图；

图2为本发明实施例二的一种燃料电池电堆加热测试电路结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。

本发明的一种燃料电池电堆加热测试电路中对应的机械装置中，电堆设置在所述加热炉内，氢气罐向所述加热炉内通入氢气，空气压缩机向所述加热炉内通入空气，气缸设置在所述加热炉上方并对位于所述加热炉内的电堆进行加压处理，温度检测电路(本实施例中指的是热电偶传感器)伸入至所述加热炉内并检测加热炉内的实时温度。

如图1所示，一种燃料电池电堆加热测试电路，包括第一继电控制电路、电源电路、PLC控制电路、气缸控制电路、温度检测电路、第二继电控制电路和电压调节电路。

其中，所述第一继电控制电路和电源电路分别与外部第一电源连接，所述第一继电控制电路与空压机连接，所述电源电路分别与所述PLC控制电路和气缸控制电路连接，所述PLC控制电路分别与所述温度检测电路和电压调节电路连接，所述气缸控制电路与气缸连接并控制气缸活塞杆运动；所述第二继电控制电路与外部第二电源连接，所述第二继电控制电路与所述电压调节电路连接，所述电压调节电路与加热炉连接并控制加热炉的加热功率。

如图2所示，本实施例中，所述第一继电控制电路包括第一交流接触器和第一按钮开关，所述第一交流接触器分别与外部第一电源和所述空压机连接，所述第一按钮开关与所述第一交流接触器连接并通过所述第一交流接触器控制所述空压机的电源通断；所述第二继电控制电路包括第二交流接触器和第二按钮开关，所述第二交流接触器分别与外部第二电源和所述电压调节电路连接，所述第二按钮开关与所述第二交流接触器连接并通过所述第二交流接触器控制所述电压调节电路的电源通断。通过所述第一交流接触器和第二交流接触器可以规避直接通断高电压电路带来的安全隐患，通过所述第一按钮开关和第二按钮开关可以分别对所述第一交流接触器和第二交流接触器进行控制，从而实现第一继电控制电路和第二继电控制电路与外部电源的通断控制。

优选地，所述电源电路采用24V直流开关电源。通过所述24V直流开关电源可以将外部220V交流电转换为24V直流电并为所述气缸控制电路和PLC控制电路提供电源。

本实施例中，所述PLC控制电路包括CPU和模拟信号输入输出电路，所述电源电路分别与所述CPU和模拟信号输入输出电路连接并为其提供电源，所述CPU与模拟信号输入输出电路连接，所述温度检测电路与所述模拟信号输入输出电路连接，采集电堆内的温度并通过模拟信号输入输出电路发送至所述CPU，所述模拟信号输入输出电路还与所述电压调节电路连接。通过所述PLC控制电路可以根据所述温度检测电路的检测结果对所述电压调节电路进行反馈控制，从而使得所述加热炉内的温度恒定在设定的温度值附近保持动态平衡，确保电堆的反应温度达到设定需求。

这里，所述模拟信号输入输出电路采用型号为EM235的模拟量扩展模块。

本实施例中，所述气缸控制电路包括旋钮开关和电磁阀，所述旋钮开关和电磁阀串联在所述电源电路与所述气缸之间，调节所述旋钮开关，并通过所述电磁阀调整所述气缸的活塞杆前进或后退。通过调节所述旋钮开关可以对所述电磁阀进行调节，从而控制气体流动方向，实现所述气缸的活塞杆的前进或后退，从而实现气缸对电堆的加压、放松处理。

优选地，所述温度检测电路采用热电偶传感器。通过所述热电偶传感器可以比较精确的测量所述加热炉内的温度，响应时间快，耐温性较高，使用寿命长，装配简单，更换方便。

优选地，本发明的一种燃料电池电堆加热测试电路还包括第一保护电路和第二保护电路，所述第一保护电路连接在外部第一电源与所述第一继电控制电路之间，所述第二保护电路连接在外部第二电源与所述第二继电控制电路之间。通过所述第一保护电路和第二保护电路可以对电路进行进一步保护，可以在电路中出现电流或电压过大的情况下自动断开电路，避免电路中元器件烧毁，确保电路的安全性能。

具体地，所述第一保护电路包括第一空气开关和第一熔断器，所述第一空气开关连接在外部第一电源与所述第一熔断器之间，所述第一熔断器分别与所述第一继电控制电路和电源电路连接，并在电路中电流过大时自动断开；所述第二保护电路包括第二空气开关和第二熔断器，所述第二空气开关连接在外部第二电源与所述第二熔断器之间，所述第二熔断器与所述第二继电控制电路连接。

本实施例中，所述第一电源采用220V交流电源，所述第二电源采用380V交流电源。

优选地，所述电压调节电路采用SCR调功器。通过所述SCR调功器可以比较方便的调节所述加热炉的电压，从而控制所述加热炉的加热功率，实现对加热炉内的温度的精确控制，非常方便，控制精度较高。

本发明还提供了一种燃料电池电堆加热测试系统，包括后台监控主机和所述的燃料电池电堆加热测试电路，所述后台监控主机与所述PLC控制电路连接，并监测燃料电池电堆的反应参数。

本发明的一种燃料电池电堆加热测试电路及系统，可以对燃料电池的电堆反应进行监测和控制，可以快速准确地控制反应条件，验证电堆运行效果，减少不必要的时间和材料浪费，有效简化燃料电池实验装置，降低实验成本，减少实验工作量。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。