一种燃料电池电堆低温冷启动测试研究平台的制作方法

本实用新型涉及一种燃料电池测试技术，尤其是涉及一种燃料电池电堆低温冷启动测试研究平台。

背景技术：

良好的低温冷启动能力对于优化PEMFC性能和耐久性至关重要，特别是在冷启动失败后，催化剂层会发生龟裂，构成碳纸孔隙骨架的碳纤维会被折断，严重影响着电堆的性能。而且，如今电堆冷启动能力还未达到-40℃的商用目标。因此，燃料电池电堆低温冷启动测试和研究必不可少。

电堆的低温冷启动指的是电堆在0度以下的环境中进行冷启动，此时进入电堆的氢气、空气、冷却水温度都很低，甚至直接为环境温度。

电堆低温冷启动策略主要包括：a)控制电流密度大小及其斜率；b)加热氢气、空气、冷却水；c)加热并保温电堆。

电堆的低温冷启动测试方式主要有三种：基于实际低温环境的电堆冷启动测试、基于环境舱的电堆冷启动测试、基于测试平台的冷启动测试。基于实际低温环境的电堆冷启动测试不仅测试费用极高、测试功能单一，而且测试时间、地点限制很大。基于环境舱的电堆冷启动测试费用很高、测试功能单一，而且占地面积很大。

中国专利CN 104111425A公开了一种燃料电池冷启动分区性能测试系统及测试方法，该系统利用冷却管和高低温箱模拟燃料电池冷启动时的低温环境，利用分区测试板采集冷启动时的电流和电压，以获得电流密度分布图和温度分布图。但是，这种通过冷却管获得的低温气体的流量很小，利用分区测试板代替阳极板的方法有较大操作难度，所以这套测试系统及测试方法只适合于测试燃料电池单体及几片单体组成的小功率电堆的冷启动特性，也没有考虑冷却水的影响，且不能提供研究加热电堆并保温、加热冷却水、反应气体等常见冷启动策略的条件。

中国专利CN 102520368A提到了一种燃料电池电堆零度以下环境快速启动的实验装置及方法，所述装置将低温试验箱和燃料电池测试平台结合起来，所述方法主要对冷却水泵的开启时机和电流的加载斜率作了界定。但是，没有对氢气、空气作低温处理，也不能提供研究加热电堆并保温、加热冷却水、反应气体等冷启动策略的条件。

通过分析，以上两份文献对于实现燃料电池电堆低温冷启动时的气密性检测功能和启动能力测试功能存在着很大的不足。

技术实现要素：

本实用新型的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种燃料电池电堆低温冷启动测试研究平台。

本实用新型的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种燃料电池电堆低温冷启动测试研究平台，包括用于供应还原剂的还原剂供应装置、用于供应氧化剂的氧化剂供应装置和用于供应冷却剂的冷却剂系统，所述研究平台还包括用于调节燃料电池电堆所处的环境温度的高低温环境试验箱，所述燃料电池电堆置于高低温环境试验箱中，所述氧化剂供应装置与燃料电池电堆的氧化剂输入端连接，所述还原剂供应装置与燃料电池电堆的输出端连接，所述冷却剂系统与燃料电池电堆的冷却剂输入端和冷却剂输出端连接，所述还原剂供应装置和氧化剂供应装置与燃料电池电堆之间均设有温湿度控制装置。

所述温湿度控制装置与燃料电池电堆之间设有气密性检测装置。

所述冷却剂系统包括用于调节冷却剂温度的温度控制装置和用于驱动冷却剂循环的冷却剂循环装置，所述温度控制装置和冷却剂循环装置相互连接，且温度控制装置和冷却剂循环装置中一者与燃料电池电堆的冷却剂输入端连接，另一者与燃料电池电堆的冷却剂输出端连接。

所述还原剂供应装置为氢气供应装置。

所述氧化剂供应装置为空压机。

所述燃料电池电堆表面设有加热装置。

与现有技术相比，本实用新型具有以下有益效果：

1)提供了高低温环境试验箱，并在还原剂供应装置和氧化剂供应装置的出口侧设置了温湿度控制装置，将低温环境模拟装置拆分为高低温环境试验箱、温度控制单元和温湿度控制单元，能使测试平台小型化。

2)能提供常见冷启动策略的实现方式，可以作为燃料电池电堆低温冷启动策略的研究平台。

3)可将多个模块集成在一起，能实现包括燃料电池电堆低温冷启动测试的多个功能。

4)成本低、操作简单。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图；

其中：1、还原剂供应装置，2、温湿度控制装置，3、气密性检测装置，4、燃料电池电堆，5、加热装置，6、高低温环境试验箱，7、比例阀，8、冷却水循环装置，9、温度控制装置，10、氧化剂供应装置，11、温湿度控制装置，12、气密性检测装置，13、比例阀。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本实用新型进行详细说明。本实施例以本实用新型技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本实用新型的保护范围不限于下述的实施例。

一种燃料电池电堆低温冷启动测试研究平台，用于对燃料电池电堆4进行低温冷启动测试研究，如图1所示，包括用于供应还原剂的还原剂供应装置1、用于供应氧化剂的氧化剂供应装置10和用于供应冷却剂的冷却剂系统，研究平台还包括用于调节燃料电池电堆4所处的环境温度的高低温环境试验箱6，燃料电池电堆4 置于高低温环境试验箱6中，氧化剂供应装置10与燃料电池电堆4的氧化剂输入端连接，还原剂供应装置1与燃料电池电堆4的输出端连接，冷却剂系统与燃料电池电堆4的冷却剂输入端和冷却剂输出端连接，还原剂供应装置1和氧化剂供应装置10与燃料电池电堆4之间均设有温湿度控制装置，温湿度控制装置与燃料电池电堆4之间设有气密性检测装置。其中，还原剂供应装置1与燃料电池电堆4之间的是温湿度控制装置2和气密性检测装置3，氧化剂供应装置10与燃料电池电堆4 之间的是温湿度控制装置11和气密性检测装置12。

燃料电池电堆4表面设有加热装置5，冷却剂系统包括用于调节冷却剂温度的温度控制装置9和用于驱动冷却剂循环的冷却剂循环装置8，温度控制装置9和冷却剂循环装置8相互连接，且温度控制装置9和冷却剂循环装置8中一者与燃料电池电堆4的冷却剂输入端连接，另一者与燃料电池电堆4的冷却剂输出端连接。

还原剂供应装置1位氢气供应装置，氧化剂供应装置10为空压机，冷却剂采用50％体积浓度的乙二醇溶液。

温湿度控制装置2、温湿度控制装置9分别设在氢气供给路、空气供给路上。

温湿度控制装置2、温湿度控制装置11、温度控制装置9可以分别控制氢气、空气的温湿度以及冷却水的温度，可以提供很低温度的氢气、空气、冷却水，可以调节氢气、空气的湿度，也提供加热氢气、空气、冷却水的冷启动策略实现方式。

加热装置5可以加热燃料电池电堆4，加热装置5和燃料电池电堆4包有保温材料，本实用新型提供加热并保温燃料电池电堆4的冷启动策略实现方式。

燃料电池的氧化剂输出端和还原剂输出端的管路上均设有比例阀，分别为比例阀13和比例阀7，氢气的尾气通过处理后再排向大气。