[發明專利]一種用于PEM膜電解水制氫的協調控制系統和控制方法

在審

• 申請號: 202210368723.1
• 申請日: 2022-04-08
• 公開（公告）號: CN114703487A
• 公開（公告）日: 2022-07-05
• 發明（設計）人: 王鹿軍;彭宇航;姜久春;吳鐵洲;廖力;田愛娜;常春
• 申請（專利權）人: 湖北工業大學
• 主分類號: C25B1/04
• 分類號: C25B1/04;C25B9/19;C25B15/02;C25B15/023;C25B15/027
• 代理公司: 武漢科皓知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 42222
• 代理人: 姜學德

本發明提供一種用于PEM膜電解水制氫的協調控制系統和控制方法，控制系統包括氣體濃度傳感器、水溫傳感器、流量傳感器、PLC控制器和可編程直流電源，氣體濃度傳感器、水溫傳感器、流量傳感器和PLC控制器電連接；PLC控制器和可編程直流電源電連接，氣體濃度傳感器、水溫傳感器、流量傳感器檢測相關的參數信息并發送給PLC控制器，PLC控制器將信息整合并發送給可編程直流電源，可編程直流電源根據檢測的參數信息與預設的參數范圍的差別來調整PEM膜電解水制氫系統的工況參數，從而將實際工況參數穩定在設定的正常工況參數范圍內，保證了PEM電解水制氫系統長時間穩定運行工作，具備很好的實用性。

技術領域

本發明涉及電解水制氫技術領域，具體涉及一種用于PEM膜電解水制氫的協調控制系統和控制方法。

背景技術

氫氣以其清潔無污染、高效、可儲存和運輸等優點，被視為最理想的能源載體。電解水制氫是目前獲得純氫最簡單的方法，如果將其與可再生資源發電技術，如光伏發電、水力發電和風力發電相結合，電解水可作為大規模制氫技術，對環境的污染小，溫室氣體排放少、經濟性較好﹐具有良好的應用前景。

電解槽作為電解水系統的核心部件，其投資和生產成本決定了該系統的經濟性和技術先進性。質子交換膜(PEM)電解水制氫技術采用了高分子聚合物質子交換膜，起到隔離氣體和質子傳導的作用。相比其他電解水技術，PEM能在高電流密度下工作，體積小、效率高，生成的氫氣純度高，被認為是目前最有發展前景的水電解技術。

然而，目前商用的PEM膜電解水制氫系統，無法將PEM膜電解水制氫系統中的電源系統與電解槽實際工況聯系起來，電源系統無法根據電解槽實際工況自動進行靈活調控，會發生進水量過多過少或者產生氣體濃度不足等問題。

發明內容

本發明的目的在于針對現有技術的不足之處，提供一種用于PEM膜電解水制氫的協調控制系統，包括氣體濃度傳感器、水溫傳感器、流量傳感器、PLC控制器和可編程直流電源，氣體濃度傳感器、水溫傳感器、流量傳感器和PLC控制器電連接；PLC控制器和可編程直流電源電連接；可編程直流電源用于電連接PEM膜電解水制氫系統，用于調整PEM膜電解水制氫系統的工況參數。

可選的，PLC控制器的型號為西門子s7-300。

可選的，可編程直流電源的型號為TDC2000。

本發明還提供一種用于PEM膜電解水制氫的協調控制方法，通過上述的用于PEM膜電解水制氫的協調控制系統進行，包括以下步驟：

步驟一、PLC控制器獲取預設的PEM膜電解水制氫系統的工況參數范圍；

步驟二、氣體濃度傳感器、水溫傳感器、流量傳感器測定PEM膜電解水制氫系統的工況信息，將工況信息發送至PLC控制器；

步驟三、PLC控制器接收工況信息，將工況信息整合后發送至可編程直流電源；

步驟四、可編程直流電源將工況信息與工況參數范圍比對，根據比對結果控制PEM膜電解水制氫系統，使工況信息調節至工況參數范圍內。

可選的，預設的PEM膜電解水制氫系統的工況參數范圍為水溫參數范圍，工況信息為水溫參數信息；

步驟四具體為：可編程直流電源將水溫參數信息與水溫參數范圍比對，若水溫參數信息大于水溫參數范圍，則增大PEM膜電解水制氫系統的冷卻水流速，若水溫參數信息小于水溫參數范圍，則減小PEM膜電解水制氫系統的冷卻水流速。

可選的，預設的PEM膜電解水制氫系統的工況參數范圍為氣體濃度參數范圍，工況信息為氣體濃度參數信息。

步驟四具體為：可編程直流電源將氣體濃度參數信息與氣體濃度參數范圍比對，若氣體濃度參數信息大于氣體濃度參數范圍，則減小PEM膜電解水制氫系統的輸入電流，若氣體濃度參數信息小于氣體濃度參數范圍，則增大PEM膜電解水制氫系統的輸入電流。