燃料电池用氢气循环系统离线标定装置及离线标定方法制造方法及图纸

本申请实施例中提供了燃料电池用氢气循环系统离线标定装置及离线标定方法，包括：待标定燃料电池的氢气循环系统、氢气流量消耗装置、压力传感器、第一流量计和控制器；第一流量计用于测量待标定燃料电池的氢气循环系统的氢气输出量，压力传感器用于测量待标定燃料电池的氢气循环系统的氢气循环泵的入口压力；氢气流量消耗装置用于模拟氢气消耗量；控制器根据电池的电堆参数，计算各个离散电流值对应的氢气输出需求量、氢气消耗需求量和阳极入口压力值；在标定过程中，得到各个离散电流值下氢气循环系统的参数标定值；能够实现离线map的快速、精确标定，有效提高标定效率；适用于燃料电池的技术领域。电池的技术领域。电池的技术领域。

【技术实现步骤摘要】
燃料电池用氢气循环系统离线标定装置及离线标定方法


[0001]本申请涉及燃料电池的
，具体地，涉及燃料电池用氢气循环系统离线标定装置及离线标定方法。

技术介绍

[0002]燃料电池发电系统中需要充足的氢气进行连续工作，用于燃料电池的氢气系统一般包括：氢气供给部分和氢气循环部分；氢气供给部分负责氢气储存以及给电堆连续提供一定压力和流量的纯净氢气，确保与阴极的氧气反应产生持续的直流电；氢气循环部分包括电磁比例阀、氢气循环泵、排氢阀和循环管道回路等；电磁比例阀的主要作用是控制燃料电池电堆氢气入口处的压力；循环管道回路的作用是将在燃料电池电堆内未完全反应的“过量”氢气循环利用，氢气的过量一则是为了保证电堆内的电化学反应充分进行，防止空气渗透进阳极引起爆炸；二则是对保持电堆内水平衡起到部分作用。氢气循环部分是将没有参与反应的部分氢气与生成的水在氢气循环泵的作用下排出电堆回到氢气通道，节能减排；另外，在电堆出口处安装的排氢阀，能够按照控制策略在需要排放尾气的时候打开阀，即可将剩余尾气排入大气中。
[0003]为保证燃料电池在变工况下能够快速、稳定响应负载功率需求，一般采用数值map的方式获取初始值，并结合PID调节进行自动控制，因此，在燃料电池发电系统上线测试前提供精确的离线标定map能大大减少在线标定风险并缩短标定时间。
[0004]参阅图1所示的现有技术中燃料电池氢气循环系统，现有技术主要通过计算氢气循环系统中供氢量的理论数据结合PID调节的方法直接进行在线标定；执行时先将设备连接至可调负载，在指定负载输出值的情况下调整电磁比例阀上限开度、氢气循环泵转速、排氢阀开启间隔及时长，直至电堆要求的阴极、阳极和冷却液之间的压差，及各单体之间工作电压差满足要求，记录相关数据后再进行下一工况点标定。
[0005]由上可知，现有技术对氢气循环系统的标定主要通过在线的方式完成，在实际操作时由于无基础参考值，技术人员需要同时调整电磁比例阀上限开度、氢气循环泵转速、排氢阀开启间隔及时长等参数，并检测阴极、阳极和冷却水之间的压差不超标，操作难度较大，当出现不稳定波动导致某个指标超出正常范围时，若系统有保护机制则会导致停机，大幅增加标定工作量，无保护机制则存在损坏风险，执行困难且风险较大；且该方法极易出现标定数值虽然满足本工况点的要求，但在下一个工况点数值差异巨大导致整个标定map不平顺、整体效率低的情况，严重时会影响燃料电池系统工作性能。
[0006]因此，一种燃料电池用氢气循环系统离线标定装置及方法，能够实现离线map的快速、精确标定，进而减少产品开发过程中标定参数反复调节造成的时间浪费以及由此带来的能量损耗和故障风险。

技术实现思路

[0007]本申请实施例中提供了燃料电池用氢气循环系统离线标定装置及离线标定方法，
能够实现离线map的快速、精确标定，有效提高标定效率。
[0008]为了达到上述目的，本申请提供如下技术方案：
[0009]根据本申请实施例的第一个方面，提供了燃料电池用氢气循环系统离线标定装置，包括：待标定燃料电池的氢气循环系统、氢气流量消耗装置、压力传感器、第一流量计和控制器；所述第一流量计、压力传感器、氢气流量消耗装置、依次设置在待标定燃料电池的氢气循环系统的输出管路上；所述第一流量计用于测量待标定燃料电池的氢气循环系统的氢气输出量，所述压力传感器用于测量待标定燃料电池的氢气循环系统的氢气循环泵的入口压力；所述氢气流量消耗装置用于模拟氢气消耗量；所述控制器用于根据电池的电堆参数，计算各个离散电流值对应的氢气输出需求量、氢气消耗需求量和阳极入口压力值；并根据各个离散电流值下的氢气输出需求量、氢气消耗需求量、阳极入口压力值，通过调整氢气循环系统的控制组件、氢气流量消耗装置的控制组件，在氢气输出需求量与氢气输出量相一致、氢气消耗需求量与氢气输出量相一致、压力传感器的测量值与阳极入口压力值相一致的条件下，得到各个离散电流值下氢气循环系统的参数标定值。
[0010]优选地，所述离线标定装置还包括：设置在输出管路末端的尾排传感器，所述尾排传感器的输出端与控制器的输入端相连。
[0011]优选地，所述氢气循环系统包括：气源、电磁阀、电磁比例阀、氢气循环泵、排氢电磁阀和氢气循环泵控制器；所述电磁阀、电磁比例阀、第一流量计、压力传感器、三通阀、排氢电磁阀依次设置在气源的输出管路上；所述三通阀的第一输出口与排氢电磁阀之间的管路上连接有第一循环支管，所述第一流量计与压力传感器之间的管路上连接有第二循环支管；所述第一循环支管与氢气循环泵的进气口相连，所述第一循环支管与氢气循环泵的出气口相连；所述三通阀的第二输出口与排氢管路相连，所述排氢管路上依次设置有背压阀和第二流量计；所述第一流量计的信号输出端、压力传感器的信号输出端、尾排传感器的信号输出端、第二流量计的信号输出端分别与所述控制器的输入端相连；所述控制器的输出端与电磁阀的控制端、电磁比例阀的控制端、排氢电磁阀的控制端、背压阀的控制端、以及氢气循环泵控制器的控制端相连，所述氢气循环泵控制器的输出端与氢气循环泵相连。
[0012]优选地，在离线标定过程中，所述气源输出的气体为氦气。
[0013]根据本申请实施例的第二个方面，提供了燃料电池用氢气循环系统离线标定方法，包括以下步骤：
[0014]步骤S10，第一流量计测量待标定燃料电池的氢气循环系统的氢气输出量；压力传感器测量待标定燃料电池的氢气循环系统的氢气循环泵的入口压力；氢气流量消耗装置模拟氢气消耗量；
[0015]步骤S20，将氢气输出量、氢气循环泵的入口压力、氢气消耗量发送至控制器；
[0016]步骤S30，控制器据电池的电堆参数，计算各个离散电流值对应的氢气输出需求量、氢气消耗需求量和氢气剩余量；
[0017]并根据各个离散电流值下的氢气输出需求量、氢气消耗需求量、阳极入口压力值，通过调整氢气循环系统的控制组件、氢气流量消耗装置的控制组件，在氢气输出需求量与氢气输出量相一致、氢气消耗需求量与氢气输出量相一致、压力传感器的测量值与阳极入口压力值相一致的条件下，得到各个离散电流值下氢气循环系统的参数标定值。
[0018]优选地，所述步骤S30，包括：
[0019]步骤S301，根据电池的电堆参数，计算各个离散电流值对应的氢气输出需求量Q
i
、氢气消耗需求量Q
c
和氢气剩余量Q
s
；
[0020]步骤S302，在指定的离散电流值下，设定排氢电磁阀的开启间隔和开启时长，并根据氢气循环系统的第一流量计的测量值，控制电磁比例阀开度，以获得指定的氢气输出量；
[0021]并根据氢气流量消耗装置的第二流量计的测量值，控制背压阀的开度，以获得指定的氢气消耗量；
[0022]并根据氢气循环系统的压力传感器的测量值，调节氢气循环泵的转速、电磁比例阀的开度，以获得指定的阳极入口处压力，并记录指定的阳极入口处压力时，对应的氢气循环泵的转速n
i
和电本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.燃料电池用氢气循环系统离线标定装置，其特征在于，包括：待标定燃料电池的氢气循环系统(10)、氢气流量消耗装置(20)、压力传感器(30)、第一流量计(40)和控制器(60)；所述第一流量计(40)、压力传感器(30)、氢气流量消耗装置(20)、依次设置在待标定燃料电池的氢气循环系统(10)的输出管路上；所述第一流量计(40)用于测量待标定燃料电池的氢气循环系统(10)的氢气输出量，所述压力传感器(30)用于测量待标定燃料电池的氢气循环系统(10)的氢气循环泵(104)的入口压力；所述氢气流量消耗装置(20)用于模拟氢气消耗量；所述控制器(60)用于根据电池的电堆参数，计算各个离散电流值对应的氢气输出需求量、氢气消耗需求量和阳极入口压力值；并根据各个离散电流值下的氢气输出需求量、氢气消耗需求量、阳极入口压力值，通过调整氢气循环系统(10)的控制组件、氢气流量消耗装置(20)的控制组件，在氢气输出需求量与氢气输出量相一致、氢气消耗需求量与氢气输出量相一致、压力传感器(30)的测量值与阳极入口压力值相一致的条件下，得到各个离散电流值下氢气循环系统(10)的参数标定值。2.根据权利要求1所述的燃料电池用氢气循环系统离线标定装置，其特征在于，所述离线标定装置还包括：设置在输出管路末端的尾排传感器(50)，所述尾排传感器(50)的输出端与控制器(60)的输入端相连。3.根据权利要求1所述的燃料电池用氢气循环系统离线标定装置，其特征在于，所述氢气循环系统(10)包括：气源(101)、电磁阀(102)、电磁比例阀(103)、氢气循环泵(104)、排氢电磁阀(105)和氢气循环泵控制器(106)；所述电磁阀(102)、电磁比例阀(103)、第一流量计(40)、压力传感器(30)、三通阀(201)、排氢电磁阀(105)依次设置在气源(101)的输出管路上；所述三通阀(201)的第一输出口与排氢电磁阀(105)之间的管路上连接有第一循环支管，所述第一流量计(40)与压力传感器(30)之间的管路上连接有第二循环支管；所述第一循环支管与氢气循环泵(104)的进气口相连，所述第一循环支管与氢气循环泵(104)的出气口相连；所述三通阀(201)的第二输出口与排氢管路相连，所述排氢管路上依次设置有背压阀(202)和第二流量计(203)；所述第一流量计(40)的信号输出端、压力传感器(30)的信号输出端、尾排传感器(50)的信号输出端、第二流量计(203)的信号输出端分别与所述控制器(60)的输入端相连；所述控制器(60)的输出端与电磁阀(102)的控制端、电磁比例阀(103)的控制端、排氢电磁阀(105)的控制端、背压阀(202)的控制端、以及氢气循环泵控制器(106)的控制端相连，所述氢气循环泵控制器(106)的输出端与氢气循环泵(104)相连。4.根据权利要求3所述的燃料电池用氢气循环系统离线标定装置，其特征在于，在离线标定过程中，所述气源(101)输出的气体为氦气。5.燃料电池用氢气循环系统离线标定方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤S10，第一流量计测量待标定燃料电池的氢气循环系统的氢气输出量；压力传感器测量待标定燃料电池的氢气循环系统的氢气循环泵的入口压力；氢气流量消耗装置模拟氢气消耗量；
步骤S20，将氢气输出量、氢气循环泵的入口压力、氢气消耗量发送至控制器；步骤S30，控制器据电池的电堆参数，计算各个离散电流值对应的氢气输出需求量、氢气消耗需求量和氢气剩余量；并根据各个离散电流值下的氢气输出需求量、氢气消耗需求量、阳极入口压力值，通过调整氢气循环系统的控制组件、氢气流量消耗装置的控制组件，在氢气输出需求量与氢气输出量相一致、氢气消耗需求量与氢气输出量相一致、压力传感器的测量值与阳极入口压力值相一致的条件下，得到各个离散电流值下氢气循环系统的参数标定值。6.根据权利要求5所述的燃料电池用氢气循环系统离线标定方法，其特征在于，所述步骤S30，包括：步骤S301，根据电池的电堆参数，计算各个离散电流值对应的氢气输出需求量Q
i
、氢气消耗需求量Q
c
和氢气剩余量Q
s
；步骤S302，在指定的离散电流值下，设定排氢电...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵丽丽，韩国鹏，裴春兴，王艳琴，汪星华，刘楠，冯轩，赵蒙蒙，
申请(专利权)人：中车唐山机车车辆有限公司，
类型：发明
国别省市：