[發明專利]基于網絡學習控制的燃料電池測試系統

無效

• 申請號: 200610117201.5
• 申請日: 2006-10-17
• 公開（公告）號: CN101165506A
• 公開（公告）日: 2008-04-23
• 發明（設計）人: 劉振泰;曾壎;張鋒
• 申請（專利權）人: 上海博能同科燃料電池系統有限公司
• 主分類號: G01R31/36
• 分類號: G01R31/36;H01M8/04;G05B19/048;G05B19/418;G05B13/02
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及燃料電池技術，尤其涉及一種基于網絡學習控制的燃料電池測試系統。

技術背景

燃料電池是一種將持續供給的燃料和氧化劑中的化學能連續不斷地轉化成電能的電化學裝置，是由陰極、陽極、電解質這幾個基本單元構成，其工作原理是：燃料氣(氫氣、甲烷等)在陽極催化劑的作用下發生氧化反應，生成陽離子并給出自由電子；氧化物(通常為氧氣)在陰極催化劑的作用下發生還原反應，得到電子并產生陰離子；陽極產生的陽離子或者陰極產生的陰離子通過質子導電而電子絕緣的電解質運動到相對應的另外一個電極上，生成反應產物并隨未反應完全的反應物一起排到電池外，與此同時，電子通過外電路由陽極運動到陰極，使整個反應過程達到物質的平衡與電荷的平衡，外部用電器就獲得了燃料電池所提供的電能。

對于質子交換膜燃料電池(PEMFC)電堆其必須在一定的條件下才能發揮好的效率以實現可靠的工作，這些條件包括；控制溫度在60～80℃(冷卻系統)、保持質子交換膜始終處于濕潤狀態(加濕系統)、供給充足的空氣(或氧氣)和氫氣(空氣供給系統和氧氣供給系統)。由于PEMFC工作使用的燃料是易燃易爆氣體(氫氣)，為防止意外事故，還必須配備報警系統和滅火系統。同時，為控制PEMFC的輸入和輸出以及各系統的協調工作，還必須建立完善的控制系統。

因此，本設計將提供一種基于網絡學習的控制策略，對溫度、流量基本的控制由其自身的控制器完成，系統參數的優化，協調控制由網絡學習單元完成，同時網絡學習單元根據現場運行的實際情況實時優化和自適應調節本地控制目的參數。同時在網絡學習單元建立了一個網絡服務器，能夠讓用戶在遠程進行燃料電池測試實驗，并可瀏覽相關的信息，真正實現了“管控一體化”和打破了“自動化孤島”現象。

發明內容

本發明提供一種基于網絡學習控制的燃料電池測試系統，以同時對溫度、壓力、流量、濕度等系統參數進行控制，并提出一種基于網絡學習的控制策略。

本測試系統可以精確地監測和控制成百上千次測量，范圍從氫燃料、氧化劑的流量、溫度、壓力和濕度到燃料電池組的輸出電壓和電流，能夠監視和控制燃料電池在各種情況嚇的運行，并準確獲得關于實時性能和工作特性等信息。同時具有靈活的數據采集、監控和控制能力，以精確地控制燃料電池的工作和試驗。

該系統包括了配氣單元、加濕單元、信號檢測單元、電堆電壓掃描單元、電子負載單元、安全自動連鎖保護單元、輸入輸出接口單元、測試控制軟件。

配氣單元為燃料電池的施主單元——供給單元，其作用是分別給電池兩級按需求定向自動調節供應氫和空氣，以上供應需停止時，自動控制供氮氣作為安全氣堵，當以上供應恢復時則氮氣自動退出，配氣機構環節中各類組件采用復合集成化設計方式，追求減少漏點及縮小體積、配合氫氧分室設計，達到主動安全防爆目的。另外設有被動安全設施，采用高靈敏傳感器作可燃氣體檢測、軟件作氣、電轉換失控故障智能判斷，采用硬件作機電氣一體化故障連鎖防范，與安全連鎖單元形成基層級及管理級的兩級安全互動連鎖。

加濕單元為配氣單元的輔助單元，為保證氫定向穿過燃料電池內部質子交換膜及保證氧化還原反應完全徹底，它是通入水以加熱方式成為霧化蒸汽，以采集露點控制流量的方式注入燃料電池兩級及配氣單元中，以優化該化學反應，使其產生高效率電能。

信號檢測單元執行對若干個單體燃料電池的電壓信號及溫度信號的檢測，并完成若干算法及數據補償。

電堆電壓掃描單元(CVM)通過測試電池組結構中每個單片電池的電壓可以檢測出有問題的電池，解析現場或帶負荷長時間運行時的電池性能。

電子負載單元為燃料電池的受主單元——即電能產出單元，作為燃料電池可控負載，能模擬各種不同用電設備對燃料電池各項電參數進行檢測及控制，最高可達2500W，所以能滿足不同燃料電池的研制和生產要求，該電子負載采用現代電力電子器件，獨特的電路設計，精度等級較高，可對燃料電池做定量微觀分析，采用風冷和水冷兩種可選冷卻方式。

安全自動連鎖保護單元為重要的輔助單元，目的是為了在燃料電池工作過程中保證人身、運行、設備的安全，當系統發生異常時，本連鎖各執行機構能按規定的程序實現緊急操作及切換，直至緊急停機，單元專門對氫回路獨立設置雙通道故障檢出元件，與系統中軟件智能故障判斷形成三重保護。