一种固体氧化物燃料电池堆测试装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种固体氧化物燃料电池测试装置，属于燃料电池应用技术领域，尤其涉及一种5kW级固体氧化物燃料电池堆测试装置。
【背景技术】
[0002]固体氧化物燃料电池是一种在中高温下直接将储存在燃料与氧化剂中的化学能直接转换为电能的发电装置，具有燃料适应性广、能量转换效率高、全固态、模块化组装及零污染等优点，可以直接使用氢气、一氧化碳、天然气、液化气、煤气及生物质气等多种碳氢燃料。在大型集中供电、中型分电和小型家用热电联供等民用领域作为固定电站，以及作为船舶动力电源、交通车辆动力电源等移动电源，都有广阔的应用前景。
[0003]在固体氧化物燃料电池堆运行过程中，阳极氢气(或甲烷和水)流量和阴极空气流量、阳极气体入口温度、阴极气体入口温度、电堆工作温度对燃料电池的性能有很大影响。为了缩短燃料电池研发周期，提高质量，需要测试负载条件下各参数对电堆性能的影响，以优化燃料电池的运行参数。目前，国外相关公司提供的固体氧化物燃料电池测试设备具有价格昂贵，产品固化，售后服务困难等问题，不能满足现有测试需求。因此，自主开发固体氧化物燃料电池堆测试装置对固体氧化物燃料电池技术的研究具有积极作用。
【发明内容】
[0004]为了解决以上问题，本发明提出了一种固体氧化物燃料电池堆测试装置，适用于燃料气为甲烷或氢气，不同工况下的电池堆性能测试。可进行控制参数、故障判定参数及系统参数的在线更改。此外，装置中包含的温度巡检部分可为用户进行参数设置提供依据。
[0005]本发明为实现上述目的所采用的技术方案是:
[0006]一种固体氧化物燃料电池堆测试装置，包括气体供给子系统、仪器仪表控制子系统、辅助加热子系统、电堆子系统、负载子系统、以及与气体供给子系统、仪器仪表控制子系统、辅助加热子系统、负载子系统连接的供电子系统，所述仪器仪表控制子系统与电堆子系统连接；
[0007]电堆子系统用于产生电能，包括至少一个电池组；气体供给子系统用于为燃料电池组提供气源；仪器仪表控制子系统用于监控电池组的性能参数；辅助加热子系统用于对电堆子系统的电池组、入口水及入口空气进行辅助加热；供电子系统为气体供给子系统、仪器仪表控制子系统及辅助加热子系统提供电能；负载子系统用于消耗电池组产生的电能。
[0008]所述气体供给子系统包括甲烷储罐、水储罐、氢气储罐及氮气储罐，均通过管路、阀门与仪器仪表控制子系统连接。
[0009]所述仪器仪表控制子系统包括上位机以及与其连接的甲烷质量流量计、氮气质量流量计、氢气质量流量计、模拟量采集模块、模拟量控制模块和多个温控仪；还包括与模拟量采集模块连接的总电压传感器、电流传感器、可燃气体浓度传感器、湿度传感器、单组电压传感器、风机出口压力传感器、风机入口压力传感器、水泵出口压力传感器；还包括与模拟量控制模块连接的水泵和风机；还通过温度巡检模块连接有多个温度传感器。
[0010]所述甲烷质量流量计、氮气质量流量计、氢气质量流量计的一端均经调节阀、减压阀分别与甲烷储罐、氮气储罐、氢气储罐连接，另一端与电堆子系统的燃料分配腔连接；所述水泵入口与水储罐连接，水泵出口经球阀、水泵出口压力传感器与电堆子系统的燃料分配腔连接；所述风机入口经风机入口压力传感器及空气过滤器与大气连接，风机的出口经风机出口压力传感器与电堆子系统的空气分配腔连接；所述可燃气体浓度传感器置于电堆子系统上部，湿度传感器置于装有现场仪表的电气柜内部；所述总电压传感器与电堆子系统的电堆输出的正负极相连，所述电流传感器置于用于连接电堆子系统的电堆与负载子系统负载的导线外圈，所述单组电压传感器与电堆子系统单组电池组的正负极相连。
[0011]所述辅助加热子系统包括电堆加热装置、汽化器加热装置及空气加热装置；所述电堆加热装置置于电堆子系统的下部、电池组外圈；所述汽化器加热装置串联于水泵出口压力传感器与电堆子系统的燃料分配腔之间；所述空气加热装置串联于风机出口压力传感器与电堆子系统的空气分配腔之间。
[0012]所述温度传感器包括汽化器出口温度传感器、燃烧室温度传感器、尾气出口温度传感器、空气加热出口温度传感器、电堆上部温度传感器、电堆中部温度传感器和电堆下部温度传感器；所述汽化器出口温度传感器设置于汽化器加热装置出口 ；燃烧室温度传感器置于电堆子系统中的燃烧室内；所述尾气出口温度传感器位于电堆子系统的出口 ；所述空气加热出口温度传感器位于空气加热装置出口 ；所述电堆上部温度传感器、电堆中部温度传感器和电堆下部温度传感器分别置于电堆子系统中电池组的上部、中部及下部位置。
[0013]本发明具有以下有益效果及优点:
[0014]1.本发明测试量全面，测试数据精确，安全可靠，人机交互好。
[0015]2.本发明组成结构简单，易于安装。
[0016]3.本发明为模块化式系统，易于扩展，提供较高的灵活性和多样性。
【附图说明】
[0017]图1为本发明的系统框图。
[0018]图中，1-1为电堆子系统，1-2为气体供给子系统，1-3为辅助加热子系统，1-4为供电子系统，1-5为负载子系统，1-6为仪器仪表控制子系统。
[0019]图2为本发明的测试装置结构图。
[0020]图中，1为甲烧储fc，2为减压阀，3为调节阀，4为甲烧质量流量计，5为氣气储??!，6为减压阀，7为调节阀，8为氮气质量流量计，9为氢气储罐，10为减压阀，11为调节阀，12为氢气质量流量计，13为水储罐，14为水泵，15为球阀，16为水泵出口压力传感器，17为汽化器加热装置，18为汽化器出口温度传感器，19为燃烧室温度传感器，20为可燃气体传感器，21为湿度传感器，22为尾气出口温度传感器，23为空气过滤器，24为风机入口压力传感器，25为风机，26为风机出口压力传感器，27为空气加热装置，28为空气加热出口温度传感器，29为电堆上部温度传感器，30为电堆中部温度传感器，31为电堆下部温度传感器，32为电堆加热装置，33为燃烧室，34为重整室，35为电堆，36为总电压传感器，37为总电流传感器，38为单组电压传感器，39为电子负载，
[0021]图3为本发明的测试装置监控部分设备连接框图。
[0022]图4为本发明的测试装置温度巡检部分设备连接框图。
【具体实施方式】
[0023]下面结合附图及实施例对本发明做进一步的详细说明。
[0024]如图1、2所示，测试装置由电堆子系统、气体供给子系统、辅助加热子系统、供电子系统、负载子系统及仪器仪表控制子系统组成。所述电堆子系统用于产生电能，包含至少一个电池组，为现有技术，通常包括固体氧化物燃料电池堆35、重整室34及燃烧室33 ;本实施例的电堆子系统采用的是《一种由阳极支撑管型固体氧化物燃料电池构建的电站》(专利申请号201110197802.2，申请公布号CN 102881923A)中的外壳及其内部所示结构(见该专利图2);固体氧化物燃料电池堆35出口与燃烧室33入口相连，重整室34与燃烧室33相邻，重整室34出口与固体氧化物燃料电池堆35入口相连。电堆子系统入口有位于其上部的燃料分配腔(与电堆电池管阳极入口连接)，及位于其下部的空气分配腔(与电堆电池管阴极入口连接)，电堆子系统的出口，即燃烧室