CN110298127B - 基于燃料电池热电联产系统的简易试验模型 - Google Patents

基于燃料电池热电联产系统的简易试验模型 Download PDF

Info

Publication number
CN110298127B
CN110298127B CN201910598094.XA CN201910598094A CN110298127B CN 110298127 B CN110298127 B CN 110298127B CN 201910598094 A CN201910598094 A CN 201910598094A CN 110298127 B CN110298127 B CN 110298127B
Authority
CN
China
Prior art keywords
fuel cell
simulator
digital controller
thermal
test model
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201910598094.XA
Other languages
English (en)
Other versions
CN110298127A (zh
Inventor
关学新
沈勇婷
徐文兵
姚清河
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sun Yat Sen University
Original Assignee
Sun Yat Sen University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Sun Yat Sen University filed Critical Sun Yat Sen University
Priority to CN201910598094.XA priority Critical patent/CN110298127B/zh
Publication of CN110298127A publication Critical patent/CN110298127A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN110298127B publication Critical patent/CN110298127B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F30/00—Computer-aided design [CAD]
    • G06F30/20—Design optimisation, verification or simulation
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/50—Fuel cells

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Evolutionary Computation (AREA)
  • Geometry (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Fuel Cell (AREA)

Abstract

本发明提供一种基于燃料电池热电联产系统的简易试验模型，属于氢气制备装置的模拟仿真的技术领域。本发明的简易试验模型，包括了微控制器、热力仿真器和电力仿真器，微控制器内设置有燃料电池动态模型的模拟模块，热力仿真器和电力仿真器分别为模拟燃料电池发热特性和电输出特性的仿真电路，且均受到燃料电池动态模型的模拟模块的控制。本发明可以避免真实的燃料电池测试组件，便面高成本和高安全风险的问题，还优化了电路结构，能够同时对电学和热力学特性进行研究，使得通过不同的模拟模块，就可以实现对不同的燃料电池进行测试，进一步降低生产成本。

Description

基于燃料电池热电联产系统的简易试验模型
技术领域
本发明属于氢气能源生产装备的模拟仿真技术领域，具体涉及一 种氢燃料电池热电联产系统的模拟仿真模型。
背景技术
目前，氢气作为一种环境友好型的燃料，其生产和应用在民用领 域的普及率依然较低。氢能源已经在燃料电池(Fuel cell“FC”)领 域实现商用，FC技术作为商用产品目前主要应用于电动车辆和住宅、 工业场所的微型热电联产(m-CHP)系统中。热电联产系统(CHP) 是解决全球能源危机的优质方案，因其能在污染排放少的情况下，同 时产电产热。然而，燃料电池热电联产系统(FC-CHP)目前还面临着 很多技术上的挑战，例如有限的能量效率与
Figure BDA0002118314160000011
效率、高成本等，这些 问题阻碍了该系统的商业投放规模。而且，通常在商业化之前，还需 要对FC-CHP系统先做实验进行测试验证。但是，构建和测试一个真 实的燃料电池系统的费用很高，尤其是在住宅、汽车和小规模网络上。 高昂的费用通常是因为燃料电池系统的组件例如燃料电池组、湿度调 节器、管流管道等的制造成本高。除了经济费用，装配一个典型的复 杂燃料电池系统还需要大量的时间。事实上，科研人员在测试时只要 求FC作为一个黑匣子系统，对其整体系统以及子系统更感兴趣，这 就会要求一个更低成本，装配效率更高的测试模型作为解决方案。
现有的用于实验性地模拟燃料电池的电学特性常见的方案是采 用电压控制器、Boost转换器，或者回路模拟中含有硬件的Boost转 换器。
然而，现有技术并没有一个能同时模拟燃料电池的电、热双特性 (整个FC-CHP的输出特性)的解决方案。实际上，因为燃料电池通 常需在严密的操作温度范围内工作，所以其热控制系统的设计是一个 非常重要的部分，因此，业界急需一个能同时精确模拟FC-CHP的电、 热双特性的模拟仿真方案。
发明内容
为解决前述背景技术里提及的现有技术的不足，本发明提供了一 种基于燃料电池热电联产系统的简易试验模型，该模型能够同时模拟 燃料电池热电联产系统的电特性以及热力特性，以简易的电路装置和 电子设备、低成本、灵活性高低实现对燃料电池热电联产系统的仿真。
本发明的技术方案如下：
一种基于燃料电池热电联产系统的简易试验模型，包括数字控制 器、电力仿真器；数字控制器内置有燃料电池动态模型的模拟模块； 电力仿真器为模拟燃料电池电特性的电路；数字控制器与电力仿真器 之间具有通信线路；还包括热力仿真器，热力仿真器为模拟燃料电池 内部热力特性的电路。
进一步地，电力仿真器的电路包括电源和可编程电阻，电源与数 字控制器电性连接，可编程电阻与电源电性连接，可编程电阻通过通 信线路连接数字控制器。
进一步地，热力仿真器包括电源和热力特性元件，热力特性元件 与电源电性连接，电源与数字控制器电性连接。
进一步地，数字控制器包括微处理器或者微机芯片，还包括微处 理器或者微机芯片的外围电路。
优选地，热力特性元件与外部储水装置或者外部输水管道连接进 行热交换。
优选地，热力特性元件为加热电阻或冷却系统中的一种或两种。
优选地，电源为直流电压源。
与现有技术相比，本发明的基于燃料电池热电联产系统的简易试 验模型，其有益效果在于：首先简化了仿真电路的结构，其次增加了 对燃料电池内部热力学特性进行仿真的热力特性元件，使得简易试验 模型可以研究不同燃料电池的内部热力学特性和电学特性，进一步通 过可预编译的模拟模块，对不同的燃料电池的热力学特性和电学特性 进行仿真模拟测试，节约燃料电池设计定型以及实际制造的生产成本。 同时还减少了真实燃料电池内需要的流体流动系统和储氢罐，使各种 安全问题得到解决。
附图说明
图1为本发明其中一种实施方式的结构示意图；
具体实施方式
为进一步阐述本发明的原理与系统结构以及工作过程，现结合说 明书附图的内容对其中的一种实施方式进行具体说明。
一种基于燃料电池热电联产系统的简易试验模型的其中一种实 施方式如图1所示。
该实施方式的基于燃料电池热电联产系统的简易试验模型包括 了数字控制器、热力模型电路和电力模型电路，模型电路作为仿真器 分别模拟燃料电池的热力学输出特性和电流—电压输出特性。数字控 制器由微机芯片及其外围电路组成，微机芯片内预编译有燃料电池动 态模型的模拟模块。热力模型电路包括一组串连的直流电压源VH与发 热电阻RH，发热电阻RH贴合在外部运送水的液体流道，与液体流道 内的水进行热交换；直流电压源VH还与数字控制器电性连接(如图1 中左半部分上方的一条虚线所示的电力线)，其电压输出特性受燃料 电池动态模型的模拟模块的控制。电力模型电路包括一组串连的可编 程电阻与直流电压源VE，可编程电阻为电阻式，与数字控制器之间通 过通信线路连接进行数据收发(如图1中左半部分中间的一条虚线所 示的通信线)，直流电压源VE与数字控制器电性连接(如图1中左半 部分下方面的一条虚线所示的电力线)，直流电压源VE和可编程电阻均受燃料电池动态模型的模拟模块的控制，调整直流电压源VE的电压 输出特性，调整可编程电阻的负载网络结构和抗性特征。
本实施方式工作时，由燃料电池动态模型的模拟模块根据燃料电 池由于活化、浓度差和欧姆效应等引起的电压损失的条件下，模拟控 制对应电压源VE、VH的电压实时输出波形，再根据实际情况对可编程 电阻的网络特性，比如阻抗的数值和电路结构进行设定，然后启动电 压源进行工作，使得发热电阻RH进行工作，模拟出相应条件下燃料 电池内部的热力特性，再用仪器对可编程电阻的电压-电流输出特性 进行监测，并将输出特性，再作为反馈通过通信线路上报给燃料电池 动态模型的模拟模块。
本实施方式相比现有技术，简化了仿真电路的结构，增加了对燃 料电池内部热力学特性进行仿真的部分，使得简易试验模型可以研究 不同燃料电池的内部热力学特性和电学特性，进一步通过可预编译的 模拟模块，对不同的燃料电池的热力学特性和电学特性进行仿真模拟 测试，节约燃料电池设计定型以及实际制造的生产成本。同时还减少 了真实燃料电池内需要的流体流动系统和储氢罐，使各种安全问题得 到解决。
上述实施方式还可以进行的等同替换有：在发热电阻的位置上并 联一个冷却系统，冷却系统也与外部输水的液体流道进行热交换；将 数字控制器的逻辑单元更换为微处理器；电压源还可以更换为电流源； 可编程电阻还可以增加有电容电感等。
以上实施方式只是本发明的其中一种方案，用以解释本发明的技 术原理，并非本发明的全部实施例。本领域技术人员应当清楚，在上 述实施方式的基础上，任何没有做出突出实质性特定和显著进步的等 同替换方案，均落入本发明的范围。本发明技术方案的保护范围由权 利要求书界定。

Claims (5)

1.一种基于真实数据的可对位替代燃料电池装置的，燃料电池热电联产系统的简易试验模型，包括数字控制器、电力仿真器；所述数字控制器内置有燃料电池动态模型的模拟模块；所述电力仿真器为模拟燃料电池电特性的电路；数字控制器与电力仿真器之间具有通信线路；其特征在于：还包括热力仿真器，所述热力仿真器为模拟燃料电池内部热力特性的电路；
所述电力仿真器的电路包括电源和可编程电阻，所述电源与数字控制器电性连接，可编程电阻与电源电性连接，所述可编程电阻通过通信线路连接数字控制器；
所述电源为直流电压源。
2.根据权利要求1所述的简易试验模型，其特征在于：所述热力仿真器包括电源和热力特性元件，所述热力特性元件与电源电性连接，电源与数字控制器电性连接。
3.根据权利要求2所述的简易试验模型，其特征在于，所述数字控制器包括微处理器或者微机芯片，还包括微处理器或者微机芯片的外围电路。
4.根据权利要求3所述的简易试验模型，其特征在于，所述热力特性元件与外部储水装置或者外部输水管道连接进行热交换。
5.根据权利要求4所述的简易试验模型，其特征在于，所述热力特性元件为加热电阻或冷却系统中的一种或两种。
CN201910598094.XA 2019-07-04 2019-07-04 基于燃料电池热电联产系统的简易试验模型 Active CN110298127B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910598094.XA CN110298127B (zh) 2019-07-04 2019-07-04 基于燃料电池热电联产系统的简易试验模型

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910598094.XA CN110298127B (zh) 2019-07-04 2019-07-04 基于燃料电池热电联产系统的简易试验模型

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN110298127A CN110298127A (zh) 2019-10-01
CN110298127B true CN110298127B (zh) 2023-04-25

Family

ID=68030146

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201910598094.XA Active CN110298127B (zh) 2019-07-04 2019-07-04 基于燃料电池热电联产系统的简易试验模型

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN110298127B (zh)

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103754217A (zh) * 2014-01-24 2014-04-30 新昌县冠阳技术开发有限公司 一种混合动力车辆控制方法

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8233256B2 (en) * 2007-02-16 2012-07-31 Intersil Americas Inc System and method for programming and controlling over current trip point limits in voltage regulators
FR2991440B1 (fr) * 2012-06-04 2014-06-27 Mobile Comfort Holding Procede de regulation d'une installation comprenant des appareils de cogeneration et des systemes thermodynamiques destines a la climatisation et/ou au chauffage
CN203608136U (zh) * 2013-10-14 2014-05-21 上海新奥能源科技有限公司 一种热电联供系统
CN105932666A (zh) * 2016-05-18 2016-09-07 中国电力科学研究院 复杂配电网多时间尺度数模混合仿真系统及其仿真方法
AT519171B1 (de) * 2017-12-18 2019-08-15 Avl List Gmbh Verfahren und Prüfstand zur Durchführung eines Prüflaufs für eine Brennstoffzelle
CN109336206B (zh) * 2018-11-09 2021-05-11 中山大学 一种支持燃料电池废水回收和海水淡化的水热电联产系统

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103754217A (zh) * 2014-01-24 2014-04-30 新昌县冠阳技术开发有限公司 一种混合动力车辆控制方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN110298127A (zh) 2019-10-01

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Koran et al. Design of a photovoltaic simulator with a novel reference signal generator and two-stage LC output filter
Boscaino et al. MATLAB-based simulator of a 5 kW fuel cell for power electronics design
Natarajan et al. Analysis of PEM hydrogen fuel cell and solar PV cell hybrid model
CN105301518A (zh) 一种能源回馈型电源老化测试系统
CN205139342U (zh) 一种能源回馈型电源老化测试系统
CN112557792A (zh) 一种电力电子变压器功率模块在线测试装置及其方法
CN103645358B (zh) 矩阵式负载装置
CN201397379Y (zh) 模块化燃料电池性能验证及测试机组
CN207068992U (zh) 一种气体燃料电池系统及车辆
CN112332461A (zh) 一种基于二阶段鲁棒模型的多能微网群控制方法
CN106816879B (zh) 一种基于紧急需求响应的主动配电网电压协调控制方法
CN110298127B (zh) 基于燃料电池热电联产系统的简易试验模型
Boscaino et al. Fuel cell modelling and test: Experimental validation of model accuracy
CN113745592A (zh) 一种电堆模拟器和氢燃料电池测试系统
CN110895644A (zh) 一种大规模变流器群并网的仿真系统及变流器的等效电路
CN217134432U (zh) 燃料电池下线测试设备
CN219800930U (zh) 用于燃料电池热管理系统及其零部件的测试装置
CN202871159U (zh) 一种电力系统综合自动化试验台
Lv et al. Modeling & dynamic simulation of high-power proton exchange membrane fuel cell systems
CN114967645A (zh) 燃料电池发动机控制器硬件在环测试系统及其配置方法
CN213093236U (zh) 一种燃料电池电堆模拟装置
CN208923841U (zh) 一种应用于光伏系统的直流电适配装置及光伏系统
CN203672926U (zh) 一种矩阵式负载装置
CN208984723U (zh) 配电终端安规自动测试系统
Kim et al. Aging management using a reconfigurable switch network for arrays of nonideal power cells

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant