高温质子交换膜燃料电池检测的带风冷的中间转换模块的制作方法

本发明属于质子交换膜燃料电池测试，涉及高温质子交换膜燃料电池检测的带风冷的中间转换模块，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装置与方法。

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，高温电堆运行温度一般在120～200℃，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。当前对高温电堆的检测设备较少。

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、针对背景技术中提到的问题，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)电堆的检测技术，特别是针对小功率电堆，在已有的低温燃料电池(lt-pemfc)检测装置(即低温测试台)和待测高温质子交换膜燃料电池(ht-pemfc)之间，插入流体高低温中间温度转换模块以完成检测。具体是利用现有的低温电堆检测装置，以原有功能初步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在该模块中，将高温热源直接通过风冷器降低到入堆的目标温度，该热量不进入低温测试台，不增加低温测试台的散热负荷，模块自身不使用外源的冷却循环水。

2、本发明在现有技术和整备基础上以增量式的模块完成高温电堆测试，通过利用现有装置，可以降低单台设备的制造复杂性，缩短制造周期，降低测试成本，并且检查和维修都比较方便。

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冷却剂，避免介质性能与高温电堆实际采用的导热冷却剂性质不同而影响电堆真实性能的测定，以及避免高温电堆因为改变冷却剂所造成的污染或腐蚀等问题发生。

5、本发明的上述目的是通过以下技术方案实现的：

6、高温质子交换膜燃料电池检测的带风冷的中间转换模块，冷却线路的冷却剂风冷散热器(27)依次与高温循环冷却剂泵前管(31)、返回高温循环冷却剂输送泵(30)、高温泵后管(29)和冷却剂入堆加热器(28)管道连接，分别与阴极尾气风冷散热器(23)、阴极气体加热器(22)、阳极尾气风冷散热器(21)、阳极气体加热器(20)并联。

7、带有上述中间转换模块的高温电堆测试台，测试台阳极气体出口(07)顺次管道连接台进模块阳极气体供应管(16)、阳极气体加热器(20)、电堆阳极气体供应管(11)、高温电堆(24)、电堆阳极气体尾排管(10)、阳极尾气风冷散热器(21)、模块回台阳极尾排管(17)、测试台阳极气体回流口(06)；测试台阴极气体出口(05)顺次管道连接台进模块阴极气体供应管(18)、阴极气体加热器(22)、电堆阴极气体供应管(09)、高温电堆(24)、电堆阴极气体尾排管(08)、阴极尾气风冷散热器(23)、模块回台阴极尾排管(19)、测试台阴极气体回流口(04)；同时高温循环冷却剂输送泵(30)、高温泵后管(29)、冷却剂入堆加热器(28)、高温循环冷却剂进堆管(25)、高温电堆(24)、高温循环冷却剂出堆管(26)、冷却剂风冷散热器(27)、高温循环冷却剂泵前管(31)顺次管道连接。

8、进一步的，所述高温循环冷却剂输送泵(30)优选为转速可控的调频离心泵。

9、进一步的，所述高温循环冷却剂出堆管(26)上设有温度检测器a(32)。

10、进一步的，所述高温循环冷却剂泵前管(31)上设有温度检测器b(33)。

11、进一步的，所述高温循环冷却剂进堆管(25)上设有温度检测器c(34)。

12、进一步的，所述电堆阴极气体尾排管(08)、电堆阴极气体供应管(09)、电堆阳极气体尾排管(10)、电堆阳极气体供应管(11)、高温循环冷却剂进堆管(25)、高温循环冷却剂出堆管(26)、高温泵后管(29)和高温循环冷却剂泵前管(31)，优选不锈钢管，每条管路优选具有一段不锈钢薄壁波纹管，并对所有管线保温。

13、本发明与现有技术相比的有益效果是：

14、1)通过利用现有装置，降低单台设备的制造复杂性，缩短制造周期，降低测试成本；

15、2)本发明装置以对原有装置结构采用增量方式，检查和维修都比较方便；

16、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；

17、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.高温质子交换膜燃料电池检测的带风冷的中间转换模块，其特征是，冷却线路的冷却剂风冷散热器(27)依次与高温循环冷却剂泵前管(31)、返回高温循环冷却剂输送泵(30)、高温泵后管(29)和冷却剂入堆加热器(28)管道连接，以上作为一条支路，分别与阴极尾气风冷散热器(23)、阴极气体加热器(22)、阳极尾气风冷散热器(21)、阳极气体加热器(20)四条支路并联。

2.带有如权利要求1所述高温质子交换膜燃料电池检测的带风冷的中间转换模块的高温电堆测试台，其特征是，测试台阳极气体出口(07)顺次管道连接台进模块阳极气体供应管(16)、阳极气体加热器(20)、电堆阳极气体供应管(11)、高温电堆(24)、电堆阳极气体尾排管(10)、阳极尾气风冷散热器(21)、模块回台阳极尾排管(17)、测试台阳极气体回流口(06)；测试台阴极气体出口(05)顺次管道连接台进模块阴极气体供应管(18)、阴极气体加热器(22)、电堆阴极气体供应管(09)、高温电堆(24)、电堆阴极气体尾排管(08)、阴极尾气风冷散热器(23)、模块回台阴极尾排管(19)、测试台阴极气体回流口(04)；同时高温循环冷却剂输送泵(30)、高温泵后管(29)、冷却剂入堆加热器(28)、高温循环冷却剂进堆管(25)、高温电堆(24)、高温循环冷却剂出堆管(26)、冷却剂风冷散热器(27)、高温循环冷却剂泵前管(31)顺次管道连接。

3.如权利要求1所述的高温质子交换膜燃料电池检测的带风冷的中间转换模块，其特征是，所述高温循环冷却剂输送泵(30)为转速可控的调频离心泵。

4.如权利要求2所述的高温质子交换膜燃料电池检测的带风冷的中间转换模块，其特征是，所述高温循环冷却剂出堆管(26)上设有温度检测器a(32)。

5.如权利要求2所述的高温质子交换膜燃料电池检测的带风冷的中间转换模块，其特征是，所述高温循环冷却剂泵前管(31)上设有温度检测器b(33)。

6.如权利要求2所述的高温质子交换膜燃料电池检测的带风冷的中间转换模块，其特征是，所述高温循环冷却剂进堆管(25)上设有温度检测器c(34)。

7.如权利要求2所述的高温质子交换膜燃料电池检测的带风冷的中间转换模块，其特征是，所述电堆阴极气体尾排管(08)、电堆阴极气体供应管(09)、电堆阳极气体尾排管(10)、电堆阳极气体供应管(11)、高温循环冷却剂进堆管(25)、高温循环冷却剂出堆管(26)、高温泵后管(29)和高温循环冷却剂泵前管(31)，为不锈钢管。

技术总结
本发明属于质子交换膜燃料电池测试技术领域，公开了高温质子交换膜燃料电池检测的带风冷的中间转换模块，本发明利用现有的低温测试台，以原有功能控制和处理进堆氧化剂和燃料流体流量和压力，所述流体初步控制在不超过低温测试台控制的额定最高温度之内，经过该转换模块，升温至高温电堆温度进入高温电堆；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，然后进入低温测试台；高温电堆的高温冷却是通过该模块的风冷，将高温的待冷却热源直接风冷降温，低温测试台的冷却系统关闭，不参与处理该热量，降低单台设备的制造复杂性，缩短制造周期，降低使用者的新设备投入成本，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：2024/1/13