[發(fā)明專利]燃料電池測試與電動汽車充電耦合系統(tǒng)及控制方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201811619790.6
• 申請日: 2018-12-28
• 公開（公告）號: CN111404184A
• 公開（公告）日: 2020-07-10
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 季孟波;馬學明
• 申請（專利權(quán)）人: 天津銀隆新能源有限公司;銀隆新能源股份有限公司
• 主分類號: H02J3/32
• 分類號: H02J3/32;H02J3/24;H02J3/18;H02J3/01;G01R31/389;G01R31/388;G01R31/378;B60L53/31;B60L58/30
• 代理公司: 深圳市合道英聯(lián)專利事務(wù)所(普通合伙) 44309
• 代理人: 廉紅果;侯峰

本發(fā)明公開了一種燃料電池測試與電動汽車充電耦合系統(tǒng)，包括燃料電池測試單元、儲能單元、充電單元、儲能雙向變流器和能量管理單元，所述能量管理單元分別與燃料電池測試單元、儲能單元、充電單元和儲能雙向變流器通訊連接，所述儲能單元分別與燃料電池測試單元、充電單元和儲能雙向變流器的直流端電連接，所述儲能雙向變流器的交流端與外電網(wǎng)電連接；還公開了一種燃料電池測試與電動汽車充電耦合系統(tǒng)的控制方法。本發(fā)明避免了常規(guī)電阻型負載將燃料電池系統(tǒng)產(chǎn)生的電能通過熱能消耗掉的能量浪費，同時還節(jié)省了為給電阻型負載降溫設(shè)備的額外電能消耗。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及燃料電池測試技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種燃料電池測試與電動汽車充電耦合系統(tǒng)及控制方法。

背景技術(shù)

燃料電池電堆、燃料電池系統(tǒng)以及燃料電池發(fā)動機的大規(guī)模研究、驗證及測試是燃料電池應(yīng)用前必不可少的步驟。由于燃料電池自身是一個持續(xù)消耗氫的發(fā)電裝置，在傳統(tǒng)的性能測試過程中第一種方案是使用電阻型負載將燃料電池系統(tǒng)產(chǎn)生的電能通過熱能消耗掉，造成了資源的浪費和成本的增加。另外，通常所使用的電子負載在釋放熱能的過程中還需要諸如冷水塔、大型風機甚至空調(diào)等對其進行散熱以保障電子負載的正常工作，因而還需要額外的電能。而對于新能源汽車用燃料電池動力系統(tǒng)，其功率超過30kW甚至高達100kW，則采用電子負載的測試方式將會產(chǎn)生極大的電能浪費，測試成本攀升。

第二種方案是采用饋網(wǎng)型電子負載將燃料電池測試過程中輸出的電能回饋給電網(wǎng)。雖然該種方案可以有效避免燃料電池在測試放電過程中的熱消耗，但是由于測試流程的復雜多樣性(如頻繁啟停加載、加速以及測試極化曲線等)加之多堆并行測試等，在此情況下向電網(wǎng)饋電時，將會造成對電網(wǎng)的高頻諧波干擾嚴重，處理起來也比較困難，嚴重影響著電網(wǎng)的電能質(zhì)量，甚至會對電網(wǎng)造成沖擊。

第三種方案是將燃料電池測試過程中輸出的電能通過電解水制氫的方式獲得氫氣通入燃料電池進行循環(huán)利用。但是，在燃料電池運行過程中氫氣轉(zhuǎn)換為電的效率一般為50％(基于氫氣的低熱值LHV)，而產(chǎn)生的電再次通過電解水制氫的理論電解效率雖然很高(表觀轉(zhuǎn)換效率甚至可達100％～122％)，但在工業(yè)上為提升產(chǎn)氫速率需要加熱升溫以及產(chǎn)生的極化過電位等因素電能轉(zhuǎn)換效率僅為50～70％。則完成氫氣→燃料電池→電解槽→氫氣的一個完整循環(huán)效率僅為30％，能量損失超過70％，而且電解水制氫系統(tǒng)成本(特別是以貴金屬鉑或銥作為催化劑的固體電解質(zhì)膜電解水制氫系統(tǒng))較高，壽命較短。因此該種方案并不經(jīng)濟，且存在著系統(tǒng)復雜、維護繁復的問題。

另一方面，當前基于充電樁的電動汽車的充電技術(shù)尚存在以下問題：第一，充電能量來源于電網(wǎng)，而目前我國至少70％的電力來自煤炭，因而電動汽車的應(yīng)用并沒能改變對常規(guī)能源的消耗和對環(huán)境污染的影響，只是將污染源集中在了火電廠；第二，由于電動汽車充電為非線性負載，在充電過程中將同時向電網(wǎng)注入諧波電流導致電網(wǎng)電能質(zhì)量下降、電網(wǎng)損耗增加及輸變電設(shè)備正常容量占用，還需要增加無功補償設(shè)備以穩(wěn)定節(jié)點電壓，致使控制復雜、設(shè)備造價攀升；第三，當采用大電流的直流快充方式時還會給電網(wǎng)負荷帶來大量的波動，電網(wǎng)供電穩(wěn)定性變差。

發(fā)明內(nèi)容

針對現(xiàn)有技術(shù)中的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種燃料電池測試與電動汽車充電耦合系統(tǒng)及控制方法。

為達到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實現(xiàn)的：

本發(fā)明實施例提供一種燃料電池測試與電動汽車充電耦合系統(tǒng)，包括燃料電池測試單元、儲能單元、充電單元、儲能雙向變流器和能量管理單元，所述能量管理單元分別與燃料電池測試單元、儲能單元、充電單元和儲能雙向變流器通訊連接，所述儲能單元分別與燃料電池測試單元、充電單元和儲能雙向變流器的直流端電連接，所述儲能雙向變流器的交流端與外電網(wǎng)電連接。

上述方案中，所述燃料電池測試單元包括至少一組燃料電池測試臺和單向DC/DC變換器，所述燃料電池測試臺中的待測燃料電池的直流輸出端與其相對應(yīng)的單向DC/DC變換器的輸入端電連接，所述單向DC/DC變換器的輸出端經(jīng)由斷路器與儲能單元連接。