[發(fā)明專利]燃料電池用氫氣循環(huán)系統(tǒng)離線標(biāo)定裝置及離線標(biāo)定方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202310384923.0
• 申請日: 2023-04-12
• 公開（公告）號: CN116525890A
• 公開（公告）日: 2023-08-01
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 趙麗麗;韓國鵬;裴春興;王艷琴;汪星華;劉楠;馮軒;趙蒙蒙
• 申請（專利權(quán)）人: 中車唐山機車車輛有限公司
• 主分類號: H01M8/04746
• 分類號: H01M8/04746;H01M8/0438;H01M8/04992;H01M8/04298;H01M8/04089;H01M8/04082;H01M8/04858
• 代理公司: 北京科慧致遠(yuǎn)知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11739
• 代理人: 宋珊珊

本申請實施例中提供了燃料電池用氫氣循環(huán)系統(tǒng)離線標(biāo)定裝置及離線標(biāo)定方法，包括：待標(biāo)定燃料電池的氫氣循環(huán)系統(tǒng)、氫氣流量消耗裝置、壓力傳感器、第一流量計和控制器；第一流量計用于測量待標(biāo)定燃料電池的氫氣循環(huán)系統(tǒng)的氫氣輸出量，壓力傳感器用于測量待標(biāo)定燃料電池的氫氣循環(huán)系統(tǒng)的氫氣循環(huán)泵的入口壓力；氫氣流量消耗裝置用于模擬氫氣消耗量；控制器根據(jù)電池的電堆參數(shù)，計算各個離散電流值對應(yīng)的氫氣輸出需求量、氫氣消耗需求量和陽極入口壓力值；在標(biāo)定過程中，得到各個離散電流值下氫氣循環(huán)系統(tǒng)的參數(shù)標(biāo)定值；能夠?qū)崿F(xiàn)離線map的快速、精確標(biāo)定，有效提高標(biāo)定效率；適用于燃料電池的技術(shù)領(lǐng)域。

技術(shù)領(lǐng)域

本申請涉及燃料電池的技術(shù)領(lǐng)域，具體地，涉及燃料電池用氫氣循環(huán)系統(tǒng)離線標(biāo)定裝置及離線標(biāo)定方法。

背景技術(shù)

燃料電池發(fā)電系統(tǒng)中需要充足的氫氣進(jìn)行連續(xù)工作，用于燃料電池的氫氣系統(tǒng)一般包括：氫氣供給部分和氫氣循環(huán)部分；氫氣供給部分負(fù)責(zé)氫氣儲存以及給電堆連續(xù)提供一定壓力和流量的純凈氫氣，確保與陰極的氧氣反應(yīng)產(chǎn)生持續(xù)的直流電；氫氣循環(huán)部分包括電磁比例閥、氫氣循環(huán)泵、排氫閥和循環(huán)管道回路等；電磁比例閥的主要作用是控制燃料電池電堆氫氣入口處的壓力；循環(huán)管道回路的作用是將在燃料電池電堆內(nèi)未完全反應(yīng)的“過量”氫氣循環(huán)利用，氫氣的過量一則是為了保證電堆內(nèi)的電化學(xué)反應(yīng)充分進(jìn)行，防止空氣滲透進(jìn)陽極引起爆炸；二則是對保持電堆內(nèi)水平衡起到部分作用。氫氣循環(huán)部分是將沒有參與反應(yīng)的部分氫氣與生成的水在氫氣循環(huán)泵的作用下排出電堆回到氫氣通道，節(jié)能減排；另外，在電堆出口處安裝的排氫閥，能夠按照控制策略在需要排放尾氣的時候打開閥，即可將剩余尾氣排入大氣中。

為保證燃料電池在變工況下能夠快速、穩(wěn)定響應(yīng)負(fù)載功率需求，一般采用數(shù)值map的方式獲取初始值，并結(jié)合PID調(diào)節(jié)進(jìn)行自動控制，因此，在燃料電池發(fā)電系統(tǒng)上線測試前提供精確的離線標(biāo)定map能大大減少在線標(biāo)定風(fēng)險并縮短標(biāo)定時間。

參閱圖1所示的現(xiàn)有技術(shù)中燃料電池氫氣循環(huán)系統(tǒng)，現(xiàn)有技術(shù)主要通過計算氫氣循環(huán)系統(tǒng)中供氫量的理論數(shù)據(jù)結(jié)合PID調(diào)節(jié)的方法直接進(jìn)行在線標(biāo)定；執(zhí)行時先將設(shè)備連接至可調(diào)負(fù)載，在指定負(fù)載輸出值的情況下調(diào)整電磁比例閥上限開度、氫氣循環(huán)泵轉(zhuǎn)速、排氫閥開啟間隔及時長，直至電堆要求的陰極、陽極和冷卻液之間的壓差，及各單體之間工作電壓差滿足要求，記錄相關(guān)數(shù)據(jù)后再進(jìn)行下一工況點標(biāo)定。

由上可知，現(xiàn)有技術(shù)對氫氣循環(huán)系統(tǒng)的標(biāo)定主要通過在線的方式完成，在實際操作時由于無基礎(chǔ)參考值，技術(shù)人員需要同時調(diào)整電磁比例閥上限開度、氫氣循環(huán)泵轉(zhuǎn)速、排氫閥開啟間隔及時長等參數(shù)，并檢測陰極、陽極和冷卻水之間的壓差不超標(biāo)，操作難度較大，當(dāng)出現(xiàn)不穩(wěn)定波動導(dǎo)致某個指標(biāo)超出正常范圍時，若系統(tǒng)有保護(hù)機制則會導(dǎo)致停機，大幅增加標(biāo)定工作量，無保護(hù)機制則存在損壞風(fēng)險，執(zhí)行困難且風(fēng)險較大；且該方法極易出現(xiàn)標(biāo)定數(shù)值雖然滿足本工況點的要求，但在下一個工況點數(shù)值差異巨大導(dǎo)致整個標(biāo)定map不平順、整體效率低的情況，嚴(yán)重時會影響燃料電池系統(tǒng)工作性能。

因此，一種燃料電池用氫氣循環(huán)系統(tǒng)離線標(biāo)定裝置及方法，能夠?qū)崿F(xiàn)離線map的快速、精確標(biāo)定，進(jìn)而減少產(chǎn)品開發(fā)過程中標(biāo)定參數(shù)反復(fù)調(diào)節(jié)造成的時間浪費以及由此帶來的能量損耗和故障風(fēng)險。

發(fā)明內(nèi)容

本申請實施例中提供了燃料電池用氫氣循環(huán)系統(tǒng)離線標(biāo)定裝置及離線標(biāo)定方法，能夠?qū)崿F(xiàn)離線map的快速、精確標(biāo)定，有效提高標(biāo)定效率。

為了達(dá)到上述目的，本申請?zhí)峁┤缦录夹g(shù)方案：