带有流体高低温转换模块的高温质子交换膜燃料电池测试台的制作方法

本项发明属于质子交换膜燃料电池测试，涉及带有流体高低温转换模块的高温质子交换膜燃料电池测试台，具体地说，是一种在低温电堆测试台与被测高温电池之间增设温度转换装置的一种检测技术。

背景技术：

1、氢质子交换膜燃料电池(pemfc)的研发和生产检测、处理，都需使用测试台，根据电堆运行温度，可以分为低温电堆(lt-pemfc)和高温电堆(ht-pemfc)，其温度分界线一般是按照常温常压时水的沸点100℃划分，其冷却剂介质则分别采用纯水或含乙二醇的冷却剂、沸点高于电堆运行温度的导热油等。当前对低温电堆已经开展的检测工作远远超过对高温电堆的检测。

2、另外，高温电堆特点之一是对阴极阳极的气体一般不使用水增湿。

3、由于高温电堆检测开展比较少，单独建立一套完整的测试台则显得代价高昂。而低温电堆检测设备则比较多见，利用现有的低温电堆检测设备，采用增量模块解决这个问题，不失为一种快速有效，并且成本低的方法，特别是实验室已有低温测试台的情况下，尤其是高温电堆的功率一般较小，而一些小功率的低温测试台闲置较多，仅连接即可完成的改造更为方便，重新利用的意义更大。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种对高温氢质子交换膜燃料电池(ht-pemfc)电堆的检测条件，利用由低温燃料电池(lt-pemfc)检测装置和中间温度转换模块组成。具体是利用现有的低温电堆测试台，以原有功能控制和处理进堆氧化剂和燃料流体的温度流量和压力，所述流体初步升温至低温测试台能够处理的最高温度，经过该转换模块，升温至高温电堆的高温条件进入高温电堆；出高温电堆的氧化剂和燃料流体，经过该转换模块，降温至不高于低温测试台能够处理的额定最高温度的条件，然后进入低温测试台；高温电堆的高温冷却剂通过该转换模块，将高温的待冷却的热源转移给低温测试台，低温测试台使用的外冷源循环水不直接与高温电堆的冷却剂交换热量。

2、本发明通过利用现有装置，以增量式转换模块完成高温燃料电池的检测，降低单台设备的制造复杂性，缩短制造周期，降低测试成本，其检查和维修方便。

3、本发明中，低温测试台对燃料、氧化剂的压力和流量控制、气体增湿控制、排放控制、冷却循环控制等是现有电堆已知测试台技术，具体包括相关流量检测或控制器、温度检测器、压力检测器、湿度检测器、加热器、补水器、阀门、分水器、膨胀水箱、保温材料等。

4、高温导热油循环泵对电堆使用待测高温电堆指定的特定导热油，避免介质性能与高温电堆实际采用的导热油性质不同而影响电堆真实性能的测定，以及避免污染或腐蚀等问题发生。

5、带有流体高低温转换模块的高温质子交换膜燃料电池测试台，其中下半段改造：测试台冷却水循环泵与测试台换热器管道连接，在两者的管道之间接入高温换热器，高温换热器与电堆冷却剂出口之间管道连接，高温换热器与电堆冷却剂出口之间的管道设有截止阀，高温换热器依次与高温导热油循环泵、导热油高温入堆预热器、电堆冷却剂进口管道连接，高温换热器与高温导热油循环泵之间的管道接有旁通阀，旁通阀的另一端通过管道接入电堆冷却剂出口；上半段改造：电堆氧化剂气体出口与氧化剂气体尾气排放控制器之间的管道接入氧化剂高温气体排放降温换热器，电堆氧化剂气体入口与氧化剂气源之间的管道接入氧化剂气体入堆高温升温器，电堆燃料气体出口与燃料气体尾气排放控制器之间的管道接入燃料高温气体排放降温换热器，电堆燃料气体入口与燃料气体增湿增温控制器之间的管道接入燃料气体入堆高温升温器。

6、进一步的，所述氧化剂气体入堆高温升温器与氧化剂气源之间的管道接入氧化剂高温换热器，燃料气体入堆高温升温器与燃料气体增湿增温控制器之间的管道接入燃料高温换热器。

7、进一步的，所述氧化剂高温换热器和燃料高温换热器分别通过管道与去离子水罐连接，氧化剂高温换热器与离子水罐之间的管道设有计量泵b，燃料高温换热器与离子水罐之间的管道设有计量泵a。

8、进一步的，所述上半段改造还可以为：电堆氧化剂气体出口与氧化剂气体尾气排放控制器之间的管道，电堆氧化剂气体入口与氧化剂气源之间的管道，同时接入氧化剂高温换热器，电堆燃料气体出口与燃料气体尾气排放控制器之间的管道，电堆燃料气体入口与燃料气体增湿增温控制器之间的管道，同时接入燃料高温换热器。

9、进一步的，所述高温导热油循环泵优选为转速可控的调频离心泵。

10、本发明的上述目的是通过以下技术方案实现的：

11、本发明与现有技术相比的有益之处在于：

12、1)通过利用现有装置进行改造，降低单台设备的制造复杂性，缩短制造周期，降低测试成本；

13、2)以对原有装置结构采用增量方式，检查和维修都比较方便；

14、3)撤出转换模块后，装置仍可正常用于常规低温电堆的检测，通用性强；

15、4)以较小的代价解决高温质子交换膜燃料电池的测试问题。

技术特征：

1.带有流体高低温转换模块的高温质子交换膜燃料电池测试台，其特征是，其中下半段改造：测试台冷却水循环泵(15)与测试台换热器(14)管道连接，在两者的管道之间接入高温换热器(28)，高温换热器(28)与电堆冷却剂出口(17)之间管道连接，高温换热器(28)与电堆冷却剂出口(17)之间的管道设有截止阀(29)，高温换热器(28)依次与高温导热油循环泵(31)、导热油高温入堆预热器(32)、电堆冷却剂进口(18)管道连接，高温换热器(28)与高温导热油循环泵(31)之间的管道接有旁通阀(30)，旁通阀(30)的另一端通过管道接入电堆冷却剂出口(17)；上半段改造：电堆氧化剂气体出口(23)与氧化剂气体尾气排放控制器(09)之间的管道接入氧化剂高温气体排放降温换热器(27)，电堆氧化剂气体入口(22)与氧化剂气源(08)之间的管道接入氧化剂气体入堆高温升温器(25)，电堆燃料气体出口(21)与燃料气体尾气排放控制器(04)之间的管道接入燃料高温气体排放降温换热器(26)，电堆燃料气体入口(20)与燃料气体增湿增温控制器(03)之间的管道接入燃料气体入堆高温升温器(24)。

2.如权利要求1所述的带有流体高低温转换模块的高温质子交换膜燃料电池测试台，其特征是，所述氧化剂气体入堆高温升温器(25)与氧化剂气源(08)之间的管道接入氧化剂高温换热器(36)，燃料气体入堆高温升温器(24)与燃料气体增湿增温控制器(03)之间的管道接入燃料高温换热器(35)。

3.如权利要求2所述的带有流体高低温转换模块的高温质子交换膜燃料电池测试台，其特征是，所述氧化剂高温换热器(36)和燃料高温换热器(35)分别通过管道与去离子水罐(37)连接，氧化剂高温换热器(36)与离子水罐(37)之间的管道设有计量泵b(39)，燃料高温换热器(35)与离子水罐(37)之间的管道设有计量泵a(38)。

4.如权利要求1所述的带有流体高低温转换模块的高温质子交换膜燃料电池测试台，其特征是，所述上半段改造替换为：电堆氧化剂气体出口(23)与氧化剂气体尾气排放控制器(09)之间的管道，电堆氧化剂气体入口(22)与氧化剂气源(08)之间的管道，同时接入氧化剂高温换热器(36)，电堆燃料气体出口(21)与燃料气体尾气排放控制器(04)之间的管道，电堆燃料气体入口(20)与燃料气体增湿增温控制器(03)之间的管道，同时接入燃料高温换热器(35)。

5.如权利要求1所述的带有流体高低温转换模块的高温质子交换膜燃料电池测试台，其特征是，所述高温导热油循环泵(31)为转速可控的调频离心泵。

技术总结
本发明属于质子交换膜燃料电池测试技术领域，公开了带有流体高低温转换模块的高温质子交换膜燃料电池测试台，利用现有低温电堆检测装置，以原有功能控制处理进堆氧化剂和燃料流体流量和压力，流体初步控制在低温测试台的额定最高温度之内，经过上述转换模块，升温至高温电堆进堆的高温条件；出堆的氧化剂和燃料流体，经过上述转换模块，降温至不高于低温测试台的最高额定温度，然后进入低温测试台；高温电堆的高温冷却液通过该转换模块，将高温的待冷却的热源通过中间转换模块转移给低温测试台，低温测试台使用的外冷源循环水不直接与高温电堆的冷却液交换热量，降低单台设备的制造复杂性，缩短制造周期，降低新设备投入成本，检查和维修方便。

技术研发人员：高鹏,盛武林
受保护的技术使用者：大连锐格新能源科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/12