逻辑控制器7-2通过485通信协议与其他子系统相连接，实现对系统阴阳极气体流量，电子负载放电的电流、电压，燃料电池对电子负载放电的功率、能量、累计时间，单体电池的电压和加湿水蒸气流量等数据进行监测功能。测控系统7通过设置输入上位机7-1参数的方式实现对气体流量、湿度，炉温等过程量的控制，测控系统能直接控制电子负载4-1对放电电池进行不同模式的测试，包括测试电池的恒流放电，恒压放电，恒负载放电，恒功率放电，变负载放电，变功率放电，变电流放电等，并能实时采集测试的数据。炉温升温程序由可编程逻辑控制器PWM波控制炉温测控子系统中固态继电器通断，通过试验与经验找寻整个升温过程各个阶段所需占空比，通过占空比控制各加热电阻的功率来控制各项温度。
[0023]为了保障实验的安全性和对电堆的保护，该测试系统具备了联锁保护功能，联锁保护功能包括硬件联锁和软件联锁，硬件保护联锁中包括熔断器组8-4和手动急停按钮8-5以及第二压力表1-2。当供电回路电流电压不稳定，电流超过熔断器额定值时，熔断器烧断保护供电回路不过流过压，避免炉温不可控使电堆烧毁;第二压力表负责对阳极供气管道压力进行监测，当供气源失压或超压力时，可对压力进行调节，保护供气源压力稳定。软件联锁在控制器7-2程序中实现，可进行软件开联锁保护和关联锁保护，实现对燃料电池单体电池片电压低，电堆气体入口处低压力或超压力以及各炉温超温等情况的应急处理。
[0024]本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
【主权项】
1.一种固体氧化物燃料电池测试系统，其特征在于，包括气体流量子系统(I)，燃料加湿子系统(2)，炉温测控子系统(3)，负载放电子系统(4)，尾气散热子系统(5)，压力控制部分(6)，中央测控系统(7)和电气单元(8)，其中: 气体流量子系统(I)负责对电堆阳极供入氢气，对电堆阴极供入空气，以及测试结束后用氮气进行吹扫;燃料加湿子系统(2)通过阀门与阳极气体管道连接，对阳极氢气进行加湿;加湿后的氢气进入炉温测控子系统(3)中的氢气加热炉预热到设定温度，空气则直接进入炉温测控子系统(3)中的空气加热炉进行预热，加热后的氢气和空气直接通入电堆的阳极和阴极发生化学反应；负载放电子系统(4)中的负载放电单元通过引线将化学反应产生的电流引出通过电子负载进行放电，同时通过与电堆相接的引线对电堆总电压、分片电压以及电流的大小进行测量；阴阳极尾气通过尾气散热子系统(5)中各自的尾气管道经散热风机散热后进行排放，同时阳极尾气中的水蒸气冷却成水后经排水管排出；炉温测控子系统(3)中的电堆加热炉上的压堆装置通过供气管道与压力升降阀和高压储氮瓶连接，通过氮气均衡施压将电堆紧固；中央测控系统(7)通过上位机上的组态软件与可编程逻辑控制器通过485通信协议与其他子系统相连接，实现对整个测试系统的统一监控；电气单元(8)则负责对加热电阻丝、散热风扇、上位机以及控制器进行供电。2.根据权利要求1所述的固体氧化物燃料电池测试系统，其特征在于，所述气体流量子系统(I)包括空气供给子系统，氢气燃料供给子系统和氮气吹扫子系统，其中空气供给子系统包括控制进入电池阴极空气流量的第一质量流量计(1-7)，第一电磁阀(1-4)，第一压力表(1-1)，按进气方向依次接入通气管道中；氢气燃料供给子系统包括控制进入电池阳极氢气流量的第二质量流量计(1-8)，第二电磁阀(1-5)，第二压力表(1-2)，按进气方向依次接入通气管道中；氮气吹扫子系统包括控制氮气吹扫的第三质量流量计(1-9)，第三电磁阀(1-6)，第三压力表(1-3)，按进气方向依次接入通气管道中；上述空气供给子系统，氢气燃料供给子系统和氮气吹扫子系统中的各质量流量计用来控制各自管路中气体的流量，各电磁阀用来控制各管路中气体的总通断，各压力表用来检测各管道气体压力的大小，其中氮气氢气均由高压储气瓶经减压阀后供给，空气由风机供给;其中氮气吹扫管道与氢气燃料供给管道在第一质量流量计(1-7)及第三质量流量计(1-9)后的部分通过阀门(1-10)相接通，以用来控制氮气对阳极的氢气燃料进行吹扫。3.根据权利要求1或2所述的固体氧化物燃料电池测试系统，其特征在于，所述燃料加湿子系统(2)包括储水箱(2-1)，蒸汽箱(2-2)和蒸汽箱温度检测第一热电偶(2-3)，将定量的水通过加湿装置转化成蒸汽，再与燃料气混合后送入电堆(3-6)，其储水箱(2-1)与蒸汽箱(2-2)连通，通过控制储水箱(2-1)进入蒸汽箱(2-2)中的水量以及蒸汽箱(2-2)中的加热温度来控制燃料气体湿度，汽化温度控制范围为100?110摄氏度。4.根据权利要求1或2所述的固体氧化物燃料电池测试系统，其特征在于，所述炉温测控子系统(3)包括阳极气体加热子系统，阴极气体加热子系统和电堆加热子系统，其中阳极气体加热子系统包括氢气加热炉(3-2)，以及置于其内的第一热电阻组，以及位于电气单元(8)中的控制第一热电阻组通断的第一固态继电器(8-3)，和反馈阳极气体加热炉炉温的第二热电偶(3-4);阴极气体加热子系统包括空气加热炉(3-1)，以及置于其内的第二热电阻组，以及位于电气单元(8)中的控制第二热电阻组通断的第二固态继电器(8-2)，和反馈阴极气体加热炉炉温的第三热电偶(3-3);电堆加热子系统包括电堆加热炉(3-5)，以及置于其内的第三热电阻组，以及位于电气单元(8)中的控制第三热电阻组通断的第三固态继电器(8-1)，反馈电堆加热炉炉温的第四热电偶(3-7)，和位于电堆加热炉内的电堆(3-6)。5.根据权利要求4所述的固体氧化物燃料电池测试系统，其特征在于，所述第一热电阻组、第二热电阻组以及第三热电阻组均为380V交流供电，沿各电炉均匀分布，保障各加热炉内炉温均匀分布，所述第一固态继电器(8-3)、第二固态继电器(8-2)以及第三固态继电器(8-1)均为三相固态继电器采用过零触发方式。6.根据权利要求1或2所述的固体氧化物燃料电池测试系统，其特征在于，所述负载放电子系统(4)包括可控电子负载(4-1)和电流电压测量接线台(4-2)，通过与燃料电池电堆(3-6)相接的引线对电池的电流、电压和功率以及进行监测。7.根据权利要求1或2所述的固体氧化物燃料电池测试系统，其特征在于，尾气散热子系统(5)包括:对阴极尾气散热的第一散热风机(5-1)和测量阴极尾气温度的第五热电偶(5-3);对阳极尾气散热的第二散热风机(5-2)和测量阳极尾气温度的第六热电偶(5-4)以及阳极排水管(5-5)。8.根据权利要求1或2所述的固体氧化物燃料电池测试系统，其特征在于，所述压力控制部分(6)包括位于电堆加热炉(3-5)旁的压力升降阀(6-2)和位于加热炉(3-5)上的压堆装置(6-3)，通过将高压储氮瓶(6-1)与压力升降阀(6-2)连接，手动控制施压，将电堆(3-6)紧固在电堆加热炉(3-5)内，压力杆位于加热炉的中心，保证作用于电堆的压力均匀。9.根据权利要求1或2所述的固体氧化物燃料电池测试系统，其特征在于，所述中央测控系统(7)通过上位机(7-1)上的组态软件与可编程逻辑控制器(7-2)通过485通信协议与其他子系统相连接，实现对系统阴阳极气体流量，电子负载放电的电流、电压，燃料电池对电子负载放电的功率、能量、累计时间，单体电池的电压和加湿水蒸气流量数据的监测；中央测控系统(7)通过设置输入上位机(7-1)参数的方式实现对气体流量、湿度，炉温过程量的控制，中央测控系统(7)直接控制电子负载(4 -1)对放电电池进行不同模式的测试，包括测试电池的恒流放电、恒压放电、恒负载放电、恒功率放电、变负载放电、变功率放电、变电流放电，并实时采集测试的数据。
【专利摘要】本实用新型公开了一种固体氧化物燃料电池(SOFC)测试系统，其包括气体流量子系统，燃料加湿子系统，炉温测控子系统，负载放电子系统，尾气散热子系统，压力控制部分，中央测控系统和电气单元。本实用新型使用可靠稳定的可编程逻辑控制器作为控制器实现对电池堆或单片电池进行测试过程的编程、测试过程的控制、测试过程的数据采集、测试过程中数据的监测及测试结束后对测试数据的分析，实现中央测控系统对整个测试台的统一控制，能够准确地控制电堆工作时的所需温度以及气体流量，保障电堆在测试时处于理想工作状态。
【IPC分类】G01R31/36
【公开号】CN205176234
【申请号】CN201520867670
【发明人】李曦, 荆素文, 洪升平, 蒋建华, 王杰, 徐梦雪, 帅浚超
【申请人】华中科技大学
【公开日】2016年4月20日
【申请日】2015年11月3日