燃料电池测试与锂离子电池化成分容耦合系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种燃料电池测试与锂离子电池化成分容耦合系统，包括燃料电池测试单元、储能电池、锂离子电池化成分容单元、储能双向逆变器、能量管理单元；所述能量管理单元分别与燃料电池测试单元、储能电池、锂离子电池化成分容单元、储能双向逆变器通讯连接，所述储能电池分别与燃料电池测试单元、锂离子电池化成分容单元、储能双向逆变器电连接；还公开了一种燃料电池测试与锂离子电池化成分容耦合系统的控制方法。本发明专利技术避免了常规电阻型负载将燃料电池系统产生的电能通过热能消耗掉的能量浪费，同时还节省了为给电阻型负载降温设备的额外电能消耗。

【技术实现步骤摘要】
燃料电池测试与锂离子电池化成分容耦合系统及方法
本专利技术涉及燃料电池测试
，具体涉及一种燃料电池测试与锂离子电池化成分容耦合系统及方法。
技术介绍
燃料电池电堆、燃料电池系统以及燃料电池发动机的大规模研究、验证及测试是燃料电池应用前必不可少的步骤。由于燃料电池自身是一个持续消耗氢的发电装置，在传统的性能测试过程中第一种方案是使用电阻型负载将燃料电池系统产生的电能通过热能消耗掉，造成了资源的浪费和成本的增加。另外，通常所使用的电子负载在释放热能的过程中还需要诸如冷水塔、大型风机甚至空调等对其进行散热以保障电子负载的正常工作，因而还需要额外的电能。而对于新能源汽车用燃料电池动力系统，其功率超过30kW甚至高达100kW，则采用电子负载的测试方式将会产生极大的电能浪费，测试成本攀升。第二种方案是采用馈网型电子负载将燃料电池测试过程中输出的电能回馈给电网。虽然该种方案可以有效避免燃料电池在测试放电过程中的热消耗，但是由于测试流程的复杂多样性(如频繁启停加载、加速以及测试极化曲线等)加之多堆并行测试等，在此情况下向电网馈电时，将会造成对电网的高频谐波干扰严重，处理起来也比较困难，严重影响着电网的电能质量，甚至会对电网造成冲击。第三种方案是将燃料电池测试过程中输出的电能通过电解水制氢的方式获得氢气通入燃料电池进行循环利用。但是，在燃料电池运行过程中氢气转换为电的效率一般为50％(基于氢气的低热值LHV)，而产生的电再次通过电解水制氢的理论电解效率虽然很高(表观转换效率甚至可达100％～122％)，但在工业上为提升产氢速率需要加热升温以及产生的极化过电位等因素电能转换效率仅为50～70％。则完成氢气→燃料电池→电解槽→氢气的一个完整循环效率仅为30％，能量损失超过70％，能量利用率极低，而且电解水制氢系统成本(特别是以贵金属铂或铱作为催化剂的固体电解质膜电解水制氢系统)较高，寿命较短。因此该种方案并不经济，且存在着系统复杂、维护繁复的问题。
技术实现思路
针对现有技术中的不足，本专利技术的目的在于提供一种燃料电池测试与锂离子电池化成分容耦合系统及方法。为达到上述目的，本专利技术的技术方案是这样实现的：本专利技术实施例提供一种燃料电池测试与锂离子电池化成分容耦合系统，其包括燃料电池测试单元、储能电池、锂离子电池化成分容单元、储能双向逆变器、能量管理单元；所述能量管理单元分别与燃料电池测试单元、储能电池、锂离子电池化成分容单元、储能双向逆变器通讯连接，所述储能电池分别与燃料电池测试单元、锂离子电池化成分容单元、储能双向逆变器电连接。上述方案中，燃料电池测试单元包括至少一组燃料电池测试平台和单向DC/DC，所述燃料电池测试平台中的待测燃料电池的直流输出端与其相对应的所述单向DC/DC的输入端电连接，所述单向DC/DC的输出端与所述储能电池的一个输入端电连接。上述方案中，所述储能电池包括储能电池组和电池管理单元，所述储能电池组与电池管理单元BMS通过低压信号线连接。上述方案中，所述储能电池组采用铅酸电池、铅炭电池、锂离子电池、液流电池、钠硫电池、钛酸锂电池、全钒液流中的一种或多种。上述方案中，所述锂离子电池化成分容单元包括至少一组锂离子电池电芯化成分容柜和双向DC/DC，所述锂离子电池电芯化成分容柜与其相对应的所述双向DC/DC的一端电连接，所述双向DC/DC的另一端与所述储能电池的一个输入端电连接。上述方案中，所述能量管理单元分别通过CAN线与所述燃料电池测试单元中的燃料电池测试平台和单向DC/DC、储能电池中的电池管理单元、锂离子电池化成分容单元中的锂离子电池电芯化成分容柜和双向DC/DC以及储能双向逆变器连接，用于接收所述燃料电池测试单元、储能电池和锂离子电池化成分容单元的实时参数信息并按照预设的命令向所述燃料电池测试平台、单向DC/DC、电池管理单元BMS、锂离子电池电芯化成分容柜、双向DC/DC以及储能双向逆变器PCS的控制元件下发操作指令。本专利技术实施例还提供一种燃料电池测试与锂离子电池化成分容耦合系统的控制方法，该方法通过如下步骤实现：步骤(1)，所述能量管理单元启动自检，并确认所述储能双向逆变器的并网隔离开关处于断开状态，使燃料电池测试与锂离子电池化成分容耦合系统进入初始离网控制模式；步骤(2)，所述能量管理单元获取燃料电池测试平台中待测燃料电池的个数及测试参数并且确定燃料电池在整个测试过程中所产生的总电量Q1，通过所述储能电池组获取储能电池组的SOC并且确定储能电池组的初始荷电量Q2和由当前SOC充电至设定的SOC上限时所需电量Q′2，获取锂离子电池化成分容柜中锂离子电池电芯的容量型号(即安时数)及个数从而计算出锂离子电池电芯在化成和/或分容过程中需要充电的总容量Q3；然后比较Q1、Q2、Q′2和Q3之间的大小：如果Q1≤Q′2，且Q3≤Q1+Q2，则进入稳态离网工作模式；如果Q1＞Q′2，或Q3＞Q1+Q2，则进入暂态并网工作模式。上述方案中，所述稳态离网工作模式为：所述能量管理单元给所述燃料电池测试平台发送启动信号，按照预设参数和工步对待测燃料电池进行电化学性能测试，同时给所述燃料电池测试平台所对应的单向DC/DC发送接通指令将所述燃料电池测试平台上在线测试的燃料电池所产生的电能经过DC/DC电压变换后输出给所述储能电池组；并根据需求所述能量管理单元给所述锂离子电池化成分容柜发送启动信号，按照预设的工步参数设置和循环参数设置对进入到化成分容工序的锂离子电池电芯进行充放电，同时给所述锂离子电池化成分容柜所对应的双向DC/DC发送接通指令以实现锂离子电池电芯在充电工步中将所述储能电池组中的电能经过DC/DC电压变换后输出给所述锂离子电池化成分容柜为锂离子电池电芯充电和锂离子电池电芯在放电工步中将锂离子电池电芯储存的电能经过DC/DC电压变换后输出给所述储能电池组；在燃料电池测试和锂离子电池电芯化成分容的全过程中，燃料电池所产生的电能只在所述燃料电池测试平台、储能电池组和化成分容柜之间进行传递，所述储能双向逆变器PCS的并网隔离开关始终处于断开状态。上述方案中，如果Q3＜Q2，则燃料电池的测试与锂离子电池电芯的化成分容处于解耦状态；如果Q2≤Q3≤Q1+Q2，则所述能量管理单元EMS根据实时监测到的所述储能电池组的荷电状态SOC采取对所述锂离子电池化成分容柜的一组或几组锂离子电池电芯的充电工步进行延时操作的调度优化策略。上述方案中，所述暂态并网工作模式为：所述能量管理单元给所述燃料电池测试平台发送启动信号，按照预设参数和工步对待测燃料电池进行电化学性能测试，同时给所述燃料电池测试平台所对应的单向DC/DC发送接通指令将所述燃料电池测试平台上在线测试的燃料电池所产生的电能经过DC/DC电压变换后输出给所述储能电池组；并根据需求所述能量管理单元给所述锂离子电池化成分容柜发送启动信号，按照预设的工步参数设置和循环参数设置对进入到化成分容工序的锂离子电池电芯进行充放电，同时给所述锂离子电池化成分容柜所对应的双向DC/D本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种燃料电池测试与锂离子电池化成分容耦合系统，其特征在于，其包括燃料电池测试单元、储能电池、锂离子电池化成分容单元、储能双向逆变器、能量管理单元；所述能量管理单元分别与燃料电池测试单元、储能电池、锂离子电池化成分容单元、储能双向逆变器通讯连接，所述储能电池分别与燃料电池测试单元、锂离子电池化成分容单元、储能双向逆变器电连接。/n

【技术特征摘要】
1.一种燃料电池测试与锂离子电池化成分容耦合系统，其特征在于，其包括燃料电池测试单元、储能电池、锂离子电池化成分容单元、储能双向逆变器、能量管理单元；所述能量管理单元分别与燃料电池测试单元、储能电池、锂离子电池化成分容单元、储能双向逆变器通讯连接，所述储能电池分别与燃料电池测试单元、锂离子电池化成分容单元、储能双向逆变器电连接。


2.根据权利要求1所述的燃料电池测试与锂离子电池化成分容耦合系统，其特征在于，燃料电池测试单元包括至少一组燃料电池测试平台和单向DC/DC，所述燃料电池测试平台中的待测燃料电池的直流输出端与其相对应的所述单向DC/DC的输入端电连接，所述单向DC/DC的输出端与所述储能电池的一个输入端电连接。


3.根据权利要求1或2所述的燃料电池测试与锂离子电池化成分容耦合系统，其特征在于，所述储能电池包括储能电池组和电池管理单元，所述储能电池组与电池管理单元BMS通过低压信号线连接。


4.根据权利要求3所述的燃料电池测试与锂离子电池化成分容耦合系统，其特征在于，所述储能电池组采用铅酸电池、铅炭电池、锂离子电池、液流电池、钠硫电池、钛酸锂电池、全钒液流中的一种或多种。


5.根据权利要求4所述的燃料电池测试与锂离子电池化成分容耦合系统，其特征在于，所述锂离子电池化成分容单元包括至少一组锂离子电池电芯化成分容柜和双向DC/DC，所述锂离子电池电芯化成分容柜与其相对应的所述双向DC/DC的一端电连接，所述双向DC/DC的另一端与所述储能电池的一个输入端电连接。


6.根据权利要求5所述的燃料电池测试与锂离子电池化成分容耦合系统，其特征在于，所述能量管理单元分别通过CAN线与所述燃料电池测试单元中的燃料电池测试平台和单向DC/DC、储能电池中的电池管理单元、锂离子电池化成分容单元中的锂离子电池电芯化成分容柜和双向DC/DC以及储能双向逆变器连接，用于接收所述燃料电池测试单元、储能电池和锂离子电池化成分容单元的实时参数信息并按照预设的命令向所述燃料电池测试平台、单向DC/DC、电池管理单元BMS、锂离子电池电芯化成分容柜、双向DC/DC以及储能双向逆变器PCS的控制元件下发操作指令。


7.一种燃料电池测试与锂离子电池化成分容耦合系统的控制方法，其特征在于，该方法通过如下步骤实现：
步骤(1)，所述能量管理单元启动自检，并确认所述储能双向逆变器的并网隔离开关处于断开状态，使燃料电池测试与锂离子电池化成分容耦合系统进入初始离网控制模式；
步骤(2)，所述能量管理单元获取燃料电池测试平台中待测燃料电池的个数及测试参数并且确定燃料电池在整个测试过程中所产生的总电量Q1，通过所述储能电池组获取储能电池组的SOC并且确定储能电池组的初始荷电量Q2和由当前SOC充电至设定的SOC上限时所需电量Q′2，获取锂离子电池化成分容柜中锂离子电池电芯的容量型号(即安时数)及个数从而计算出锂离子电池电芯在化成和/或分容过程中需要充电的总容量Q3；然后比较Q1、Q2、Q′2和Q3之间的大小：
如果Q1≤Q′2，且Q3≤Q1+Q2，则进入稳态离网工作模式；
如果Q1＞Q′2，或Q3＞Q1+Q2，则进入暂态并网工作模式。


8.根据权利要求7所述的燃料电池测试与锂离子电池化成分容耦合系统的控制方法，其特征在于，所述稳态离网工作模式为：所述能量管理单元给所述燃料电池测试平台发送启动信号，按照预设参数和工步对待测燃料电池进行电化学性能测试，同时给所述燃料电池测试平台所对应的单向DC/DC发送接通指令将所述燃料电池测试平台上在线测试的燃料电池所产生的电能经过DC/DC电压变换后输出给所述储能电池组；并根据需求所述能量管理单元给所述锂离子电池化成分容柜发送启动信号，按照预设的工步参数设置和循环参数设置对进入到化成分容工序的锂离子电池电芯进行充放电，同时给所述锂离子电池化成分容柜所对应的双向DC/DC发送接通指令以实现锂离子电池电芯在充电工步中将所述储能电池组中的电能经过DC/DC电压变换后输出给所述锂离子电池化成分容柜为锂离子电池电芯充电和锂离子电池电芯在放电工步中将锂离子电池电芯储存的电能经过DC/DC电压变换后输出给所述储能电池组；在燃料电池测试和锂离子电池电芯化成分容的全过程中，燃料电池所产生的电能只在所述燃料电池测试平台、储能电池组和化成分容柜之...

【专利技术属性】
技术研发人员：季孟波，马学明，
申请(专利权)人：天津银隆新能源有限公司，银隆新能源股份有限公司，
类型：发明
国别省市：天津;12