燃料电池测试系统的基本理论

燃料电池测试系统的基本理论

随着全球对能源需求的增长及人类对环境要求的提高。各个国家对燃料电池的研究和开发H益增多。燃料电池测试系统不仅存燃料电池系统的研发阶段十分重要，即使是在其投入使用之后对于维持电池的正常工作也是不可或缺的。强大的测试能力能够提供对燃料电池可靠的监控。提供灵活的结构，具备了这种能力，科学界能够很方便地设计他们的系统，以跟踪燃料电池技术进步。以下是对燃料电池测试系统的相关介绍。

1、测试目的

虽然研究、开发、制造和应用部分的总目标各有不同。它们对于燃料电池的检测和躲视项目要求却是相似的。对丁研发部门，测试要求足确定输出能量、使用寿命和电池组的耐用性。在设计验收阶段，主要任务是优化设计以备大规模生产．以及在不降低效率的情况下降低电堆总成本。对丁生产应用．要求燃料电池符合规范要求。而在实际使用中，监测电池的寿命和工作状态是非常重要的。好在这些不同的任务对电池测试系统的要求都差不多。

2、测试系统的主要特点

①隔离。燃料电池测试系统先要进行各种需要信号调理的测鼍。然后原始信号才能有数据采集系统数字化。大容最电堆具有数百个单电池。从而电压测量要求数白．伏的共模抑制。因此．测试不仅必须具有多个每个通道都能读取l—10V的通道．而

且必须保持电堆的每一个和最后一个电池之间高达数百伏的隔离。

②数据采集系统必须能够扩展。由于燃料电池测试系统的通道数目可以从100个到1000多个．所以数据采集系统必须能够扩展。并且这些系统也要求可以进行信号的衰减和放大。

③模块化。对于今天的测试系统，模块化也是必需的。因为测试系统必须能够随着生产及验证技术的变革而变革。

④标定。任何测试系统都应该进行标定以确保测量有效和准确。

3、测试的主要性能参数

燃料电池测试系统需要精确的监测和控制成百上千次测量．范同从燃料和氧化剂的流量、温度、压力和湿度到燃料电池组的输出电压和电流。测试燃料电池的性能是很重要的，而监测影响性能的变量更为重要，但最重要的足控制这些变量参数，安全运行也是至关重要的。所以监测控制的主要参数有：

(1)电压。在有负载的情况下，单电池的输出电压会从开路电压的1V左右降到O．6V左右．知道了每个单电池的电压就可以更近的了解电堆的健康情况。如果哪个单电池显示出不同电压，就表明此电池有问题，或者温度不正常，或者电极被淹。测试单电池或电堆的电压就可以正确操作、测试和设计燃料电池。

(2)电流。输出电流有时候很高，所以通常利用高斯效应来测，这种方法可以不直接使用导线来测试电流，而通过监测信号并按比例转换成电流读数。

(3)温度。要高效地产生电能。PEMFC必须在60—80℃的范围内工作。监视温度的目的是优化温度的改变以提高输出功率，热电偶和电阻是温度传感器。是监视电池组温度及反应气体温度的良好传感器。

(4)湿度。电池单元的每一个膜片必须保持一定的湿度，太干或太湿都会影响燃料电池的工作效率。因此测定和控制燃料电池的湿度非常重要。一种测试湿度的方法是通过电子湿度传感器，根据湿度的大小成比例的输出4—20mA的电流，测试仪器的输入通道可以读入这个电流信号。

(5)气体压力。在许多应用中，气流压力较大，此压力必须进行监视和管理。压力通过压力传感器进行测量并进行信号调理。

(6)气体流速。氢气流速一般使用产生正比于气流速率脉冲的质量流量计来测量．然后这些脉冲由计数器／定时器接口板进行监视．并使用软件换算成流量。电子凋节器可通过试验台输出的电压或电流来控制压力和流量。

(7)负载。可利用可编程负载来改变阻值。改变阻值可利用可控制的GPIB负载设备或通过数字继电器并行连接各个电阻。第一种方法可以安装单独的一个单元通过GPl0来改变加在电堆上的电阻，第二种方法可利用继电器和开关改变阻值。

4、燃料电池测试系统基本结构

燃料电池测试系统由硬件和软件两大块组成。硬件部分主要有控制器，传感器和加载装置；控制器主要基于计算机控制．这种方法充分发挥了计算机的优势：速度快，记忆能力强大和可升级。软件要易于升级并极具灵活性，用户界面友好．用户可很容易地进行各种复杂程度的编程及实验。

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