本發(fā)明涉及燃料電池系統(tǒng)測(cè)試，具體涉及一種自主供電式氫燃料電池測(cè)試臺(tái)能量管理裝置及方法。

背景技術(shù)：

1、隨著全球?qū)Φ吞寄茉唇鉀Q方案的需求日益增長(zhǎng)，氫燃料電池因其零排放、高效率及快速補(bǔ)給的特點(diǎn)，被視為替代傳統(tǒng)化石燃料的理想選擇。在氫燃料電池技術(shù)的研發(fā)與產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程中，測(cè)試臺(tái)扮演著至關(guān)重要的角色。二氫燃料電池技術(shù)的不斷進(jìn)步，其測(cè)試平臺(tái)的性能要求也在持續(xù)升級(jí)。傳統(tǒng)的測(cè)試方法在啟動(dòng)氫燃料電池系統(tǒng)時(shí)，需依賴額外的高壓直流（hvdc）和低壓直流（lvdc）電源來(lái)驅(qū)動(dòng)輔助設(shè)備如空壓機(jī)和水泵，這不僅提高了操作成本，還增加了測(cè)試環(huán)境構(gòu)建的復(fù)雜性。

2、在實(shí)際測(cè)試使用過(guò)程中，會(huì)出現(xiàn)被氫燃料電池系統(tǒng)突發(fā)故障停機(jī)，此時(shí)由于能量回饋電子負(fù)載還在保持著上一時(shí)刻功率，被測(cè)氫燃料電池系統(tǒng)出現(xiàn)故障停機(jī)立即停止發(fā)電，儲(chǔ)能電池需要瞬間釋放電能平衡電子負(fù)載電能消耗。當(dāng)被測(cè)氫燃料電池系統(tǒng)在測(cè)試過(guò)程中功率非常大時(shí)遇上突發(fā)故障停機(jī)，會(huì)造成儲(chǔ)能電池瞬間過(guò)放超出儲(chǔ)能電池的極限，從而導(dǎo)致電池?fù)p壞。因此，現(xiàn)在急需解決氫燃料電池系統(tǒng)突發(fā)故障停機(jī)導(dǎo)致的電池保護(hù)問(wèn)題，本申請(qǐng)?zhí)岢鲆环N自主供電式氫燃料電池測(cè)試臺(tái)能量管理裝置及方法。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺陷，本發(fā)明的目的在于提供一種自主供電式氫燃料電池測(cè)試臺(tái)能量管理裝置及方法，旨在一定程度上解決相關(guān)技術(shù)中的技術(shù)問(wèn)題。

2、為達(dá)到以上目的，本發(fā)明采取的技術(shù)方案是：

3、一種自主供電式氫燃料電池測(cè)試臺(tái)能量管理裝置，被測(cè)氫燃料電池系統(tǒng)和被測(cè)系統(tǒng)輔助設(shè)備，被測(cè)氫燃料電池系統(tǒng)通過(guò)依次串接的繼電器k1、繼電器k2連接能量回饋電子負(fù)載，被測(cè)系統(tǒng)輔助設(shè)備通過(guò)依次串接的繼電器k5、繼電器k4連接儲(chǔ)能電池，其中被測(cè)氫燃料電池系統(tǒng)輸出端設(shè)有電流傳感器a1和電壓傳感器v，電流傳感器a1和電壓傳感器v分別用于測(cè)量被測(cè)氫燃料電池系統(tǒng)的輸出電流和輸出電壓，被測(cè)系統(tǒng)輔助設(shè)備輸入端設(shè)有電流傳感器a3；能量回饋電子負(fù)載還并聯(lián)連接有超級(jí)電容，超級(jí)電容、能量回饋電子負(fù)載和儲(chǔ)能電池均并聯(lián)連接，被測(cè)氫燃料電池系統(tǒng)與超級(jí)電容之間設(shè)有依次串接的電流傳感器a2、限流電阻r，其中繼電器k3與限流電阻r并聯(lián)連接。

4、在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，被測(cè)系統(tǒng)輔助設(shè)備包括空壓機(jī)、水泵、氫泵、三通閥、加熱器、散熱器和漏氫傳感器。

5、在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，能量回饋電子負(fù)載連接380v/ac市電電網(wǎng)，能量回饋電子負(fù)載用于將能量回饋至電網(wǎng)中。

6、在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，儲(chǔ)能電池為鋰離子電池或鉛酸電池。

7、在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，儲(chǔ)能電池與被測(cè)系統(tǒng)輔助設(shè)備供電需求相適配。

8、在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，電阻r的設(shè)定參數(shù)根據(jù)儲(chǔ)能電池和超級(jí)電容的允許最大放電和充電電流預(yù)先設(shè)定。

9、在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，一種自主供電式氫燃料電池測(cè)試臺(tái)能量管理方法，包括以下步驟：

10、s1、測(cè)試程序開(kāi)始，將氫燃料電池系統(tǒng)測(cè)試臺(tái)啟動(dòng)。

11、s2、控制繼電器k4閉合，儲(chǔ)能電池通過(guò)限流電阻r向超級(jí)電容充電；此時(shí)通過(guò)合理限流電阻r參數(shù)實(shí)現(xiàn)一個(gè)小電流緩慢為超級(jí)電容充電。

12、s3、當(dāng)超級(jí)電容電壓達(dá)到設(shè)定電壓值va時(shí)，控制繼電器k3閉合；電壓值va為超級(jí)電容飽滿狀態(tài)的電壓值。

13、s4、控制繼電器k5閉合，儲(chǔ)能電池為被測(cè)系統(tǒng)輔助設(shè)備供電；測(cè)試開(kāi)始時(shí)，儲(chǔ)能電池供電將被測(cè)系統(tǒng)輔助設(shè)備發(fā)動(dòng)，是滿足燃料電池達(dá)到氫氧水熱等的預(yù)設(shè)啟動(dòng)條件。

14、s5、下達(dá)測(cè)試時(shí)間計(jì)劃曲線f(t)=af1（t）+bf2（t）+cf3（t）+d，其中，f(t)為加載電流且單位為安培，t為時(shí)間，f1（t）為第一電流需求曲線，f2（t）為第二電流需求曲線，f3（t）為第三電流需求曲線，a、b、c、d均為耦合加載修正系數(shù)；能量回饋負(fù)載根據(jù)測(cè)試時(shí)間計(jì)劃曲線f(t)=af1（t）+bf2（t）+cf3（t）+d實(shí)時(shí)跟隨對(duì)應(yīng)負(fù)載大小。

15、s6、判斷當(dāng)前電壓傳感器v電壓值是否滿足系統(tǒng)測(cè)試臺(tái)電壓等級(jí)要求，如果不是則進(jìn)入其他測(cè)試模式，如果是，則繼電器k1、k2閉合，能量回饋電子負(fù)載執(zhí)行測(cè)試時(shí)間計(jì)劃曲線，并實(shí)時(shí)采集電流傳感器a1、a2、a3值，進(jìn)入下一步；此時(shí)的能量回饋負(fù)載根據(jù)采集的電流傳感器a1值保持加載電流不大于a1值，并進(jìn)行實(shí)時(shí)比較。

16、s7、判斷儲(chǔ)能電池soc是否滿足α＜soc＜β，如果是，則執(zhí)行第一加載值f1（t）=f（t）-a3，并保持0≤f1（t）≤a1，a1為實(shí)時(shí)采集電流傳感器a1的電流值，a3為實(shí)時(shí)采集電流傳感器a3的電流值，進(jìn)入下一步，如果不是，則執(zhí)行第二加載值f2（t）=f（t）-fbattery（t），并保持0≤f2（t）≤a1，進(jìn)入下一步。

17、s8、判斷被測(cè)氫燃料電池是否突發(fā)故障關(guān)機(jī)，如果不是，則執(zhí)行全部測(cè)試時(shí)間計(jì)劃曲線，進(jìn)入下一步，如果是，則能量回饋電子負(fù)載跳轉(zhuǎn)為空載狀態(tài)，進(jìn)入下一步。

18、s9、測(cè)試完畢，停機(jī)。

19、在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，當(dāng)同步測(cè)試n個(gè)被測(cè)氫燃料電池系統(tǒng)時(shí)，所述測(cè)試時(shí)間計(jì)劃曲線f(t)=n1f1（t）+n2f2（t）+n3f3（t）+...+nnfn（t）+e，n為正整數(shù)，n1、n2、n3、...、nn為耦合加載修正系數(shù)，e為增補(bǔ)修正電流系數(shù)。

20、在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，儲(chǔ)能電池為鋰電池時(shí)，soc＜α=25%設(shè)為深度放電區(qū)，soc＞β=80%設(shè)為滿電區(qū)；儲(chǔ)能電池為鉛酸電池時(shí)soc＜α=45%設(shè)為深度放電區(qū)，soc＞β=85%設(shè)為滿電區(qū)。

21、在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，當(dāng)α＜soc＜β且被測(cè)氫燃料電池系統(tǒng)正常工作時(shí)，設(shè)置α＜soc＜β為儲(chǔ)能電池為緩慢充電區(qū)，控制繼電器k4閉合，儲(chǔ)能電池進(jìn)入充電狀態(tài)且充電電流為0.01c到0.05c直至儲(chǔ)能電池soc達(dá)到區(qū)間75%-80%。

22、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于：

23、本發(fā)明中的一種自主供電式氫燃料電池測(cè)試臺(tái)能量管理裝置及方法與現(xiàn)有技術(shù)相比，當(dāng)發(fā)生故障停機(jī)時(shí)，能量回饋電子負(fù)載立即跟隨電流傳感器a1數(shù)值進(jìn)行空載操作，從而避免被測(cè)氫燃料電池系統(tǒng)突發(fā)停機(jī)時(shí)電子負(fù)載還繼續(xù)執(zhí)行原先加載電流，而在停機(jī)時(shí)刻能量回饋電子負(fù)載所需瞬時(shí)電流由儲(chǔ)能電池提供，此外超級(jí)電容并在母線上，防止能量管理程序失效，此時(shí)能量回饋電子負(fù)載所需的瞬間大電流由超級(jí)電容提供，從而減輕儲(chǔ)能電池在過(guò)大電流放電條件下造成的不利影響。

技術(shù)特征：

1.一種自主供電式氫燃料電池測(cè)試臺(tái)能量管理裝置，被測(cè)氫燃料電池系統(tǒng)和被測(cè)系統(tǒng)輔助設(shè)備，其特征在于：被測(cè)氫燃料電池系統(tǒng)通過(guò)依次串接的繼電器k1、繼電器k2連接能量回饋電子負(fù)載，被測(cè)系統(tǒng)輔助設(shè)備通過(guò)依次串接的繼電器k5、繼電器k4連接儲(chǔ)能電池，其中被測(cè)氫燃料電池系統(tǒng)輸出端設(shè)有電流傳感器a1和電壓傳感器v，電流傳感器a1和電壓傳感器v分別用于測(cè)量被測(cè)氫燃料電池系統(tǒng)的輸出電流和輸出電壓，被測(cè)系統(tǒng)輔助設(shè)備輸入端設(shè)有電流傳感器a3；能量回饋電子負(fù)載還并聯(lián)連接有超級(jí)電容，超級(jí)電容、能量回饋電子負(fù)載和儲(chǔ)能電池均并聯(lián)連接，被測(cè)氫燃料電池系統(tǒng)與超級(jí)電容之間設(shè)有依次串接的電流傳感器a2、限流電阻r，其中繼電器k3與限流電阻r并聯(lián)連接。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種自主供電式氫燃料電池測(cè)試臺(tái)能量管理裝置，其特征在于：所述被測(cè)系統(tǒng)輔助設(shè)備包括空壓機(jī)、水泵、氫泵、三通閥、加熱器、散熱器和漏氫傳感器。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種自主供電式氫燃料電池測(cè)試臺(tái)能量管理裝置，其特征在于：所述能量回饋電子負(fù)載連接380v/ac市電電網(wǎng)，能量回饋電子負(fù)載用于將能量回饋至電網(wǎng)中。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種自主供電式氫燃料電池測(cè)試臺(tái)能量管理裝置，其特征在于：所述儲(chǔ)能電池為鋰離子電池或鉛酸電池。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種自主供電式氫燃料電池測(cè)試臺(tái)能量管理裝置，其特征在于：所述儲(chǔ)能電池與被測(cè)系統(tǒng)輔助設(shè)備供電需求相適配。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種自主供電式氫燃料電池測(cè)試臺(tái)能量管理裝置，其特征在于：所述電阻r的設(shè)定參數(shù)根據(jù)儲(chǔ)能電池和超級(jí)電容的允許最大放電和充電電流預(yù)先設(shè)定。

7.根據(jù)權(quán)利要求1-6任意一項(xiàng)所述的一種自主供電式氫燃料電池測(cè)試臺(tái)能量管理方法，其特征在于包括以下步驟：

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種自主供電式氫燃料電池測(cè)試臺(tái)能量管理方法，其特征在于：當(dāng)同步測(cè)試n個(gè)被測(cè)氫燃料電池系統(tǒng)時(shí)，所述測(cè)試時(shí)間計(jì)劃曲線f(t)=n1f1（t）+n2f2（t）+n3f3（t）+...+nnfn（t）+e，n為正整數(shù)，n1、n2、n3、...、nn為耦合加載修正系數(shù)，e為增補(bǔ)修正電流系數(shù)。

9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種自主供電式氫燃料電池測(cè)試臺(tái)能量管理方法，其特征在于：所述儲(chǔ)能電池為鋰電池時(shí)，soc＜α=25%設(shè)為深度放電區(qū)，soc＞β=80%設(shè)為滿電區(qū)；儲(chǔ)能電池為鉛酸電池時(shí)soc＜α=45%設(shè)為深度放電區(qū)，soc＞β=85%設(shè)為滿電區(qū)。

10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種自主供電式氫燃料電池測(cè)試臺(tái)能量管理方法，其特征在于：當(dāng)α＜soc＜β且被測(cè)氫燃料電池系統(tǒng)正常工作時(shí)，設(shè)置α＜soc＜β為儲(chǔ)能電池為緩慢充電區(qū)，控制繼電器k4閉合，儲(chǔ)能電池進(jìn)入充電狀態(tài)且充電電流為0.01c到0.05c直至儲(chǔ)能電池soc達(dá)到區(qū)間75%-80%。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開(kāi)了一種自主供電式氫燃料電池測(cè)試臺(tái)能量管理裝置及方法，涉及燃料電池系統(tǒng)測(cè)試技術(shù)領(lǐng)域，被測(cè)氫燃料電池系統(tǒng)依次通過(guò)串接的繼電器K1、繼電器K2連接能量回饋電子負(fù)載，被測(cè)系統(tǒng)輔助設(shè)備依次通過(guò)串接的繼電器K5、繼電器K4連接儲(chǔ)能電池，能量回饋電子負(fù)載還并聯(lián)連接有超級(jí)電容，超級(jí)電容、能量回饋電子負(fù)載和儲(chǔ)能電池均并聯(lián)連接，被測(cè)氫燃料電池系統(tǒng)與超級(jí)電容之間設(shè)有依次串接的電流傳感器A2、電阻R，其中繼電器K3與電阻并聯(lián)連接；本申請(qǐng)中的技術(shù)方案可以避免被測(cè)氫燃料電池系統(tǒng)突發(fā)故障停機(jī)時(shí)電子負(fù)載還繼續(xù)執(zhí)行計(jì)劃測(cè)試加載電流，避免在過(guò)大電流放電條件下對(duì)儲(chǔ)能電池造成損壞。

技術(shù)研發(fā)人員：全歡,全琎,全書(shū)海
受保護(hù)的技術(shù)使用者：武漢海億新能源科技有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/19