[发明专利]基于网络学习控制的燃料电池测试系统

说明书

技术领域

本发明涉及燃料电池技术，尤其涉及一种基于网络学习控制的燃料电池测试系统。

技术背景

燃料电池是一种将持续供给的燃料和氧化剂中的化学能连续不断地转化成电能的电化学装置，是由阴极、阳极、电解质这几个基本单元构成，其工作原理是：燃料气(氢气、甲烷等)在阳极催化剂的作用下发生氧化反应，生成阳离子并给出自由电子；氧化物(通常为氧气)在阴极催化剂的作用下发生还原反应，得到电子并产生阴离子；阳极产生的阳离子或者阴极产生的阴离子通过质子导电而电子绝缘的电解质运动到相对应的另外一个电极上，生成反应产物并随未反应完全的反应物一起排到电池外，与此同时，电子通过外电路由阳极运动到阴极，使整个反应过程达到物质的平衡与电荷的平衡，外部用电器就获得了燃料电池所提供的电能。

对于质子交换膜燃料电池(PEMFC)电堆其必须在一定的条件下才能发挥好的效率以实现可靠的工作，这些条件包括；控制温度在60～80℃(冷却系统)、保持质子交换膜始终处于湿润状态(加湿系统)、供给充足的空气(或氧气)和氢气(空气供给系统和氧气供给系统)。由于PEMFC工作使用的燃料是易燃易爆气体(氢气)，为防止意外事故，还必须配备报警系统和灭火系统。同时，为控制PEMFC的输入和输出以及各系统的协调工作，还必须建立完善的控制系统。

因此，本设计将提供一种基于网络学习的控制策略，对温度、流量基本的控制由其自身的控制器完成，系统参数的优化，协调控制由网络学习单元完成，同时网络学习单元根据现场运行的实际情况实时优化和自适应调节本地控制目的参数。同时在网络学习单元建立了一个网络服务器，能够让用户在远程进行燃料电池测试实验，并可浏览相关的信息，真正实现了“管控一体化”和打破了“自动化孤岛”现象。

发明内容

本发明提供一种基于网络学习控制的燃料电池测试系统，以同时对温度、压力、流量、湿度等系统参数进行控制，并提出一种基于网络学习的控制策略。

本测试系统可以精确地监测和控制成百上千次测量，范围从氢燃料、氧化剂的流量、温度、压力和湿度到燃料电池组的输出电压和电流，能够监视和控制燃料电池在各种情况吓的运行，并准确获得关于实时性能和工作特性等信息。同时具有灵活的数据采集、监控和控制能力，以精确地控制燃料电池的工作和试验。

该系统包括了配气单元、加湿单元、信号检测单元、电堆电压扫描单元、电子负载单元、安全自动连锁保护单元、输入输出接口单元、测试控制软件。

配气单元为燃料电池的施主单元——供给单元，其作用是分别给电池两级按需求定向自动调节供应氢和空气，以上供应需停止时，自动控制供氮气作为安全气堵，当以上供应恢复时则氮气自动退出，配气机构环节中各类组件采用复合集成化设计方式，追求减少漏点及缩小体积、配合氢氧分室设计，达到主动安全防爆目的。另外设有被动安全设施，采用高灵敏传感器作可燃气体检测、软件作气、电转换失控故障智能判断，采用硬件作机电气一体化故障连锁防范，与安全连锁单元形成基层级及管理级的两级安全互动连锁。

加湿单元为配气单元的辅助单元，为保证氢定向穿过燃料电池内部质子交换膜及保证氧化还原反应完全彻底，它是通入水以加热方式成为雾化蒸汽，以采集露点控制流量的方式注入燃料电池两级及配气单元中，以优化该化学反应，使其产生高效率电能。

信号检测单元执行对若干个单体燃料电池的电压信号及温度信号的检测，并完成若干算法及数据补偿。

电堆电压扫描单元(CVM)通过测试电池组结构中每个单片电池的电压可以检测出有问题的电池，解析现场或带负荷长时间运行时的电池性能。

电子负载单元为燃料电池的受主单元——即电能产出单元，作为燃料电池可控负载，能模拟各种不同用电设备对燃料电池各项电参数进行检测及控制，最高可达2500W，所以能满足不同燃料电池的研制和生产要求，该电子负载采用现代电力电子器件，独特的电路设计，精度等级较高，可对燃料电池做定量微观分析，采用风冷和水冷两种可选冷却方式。

安全自动连锁保护单元为重要的辅助单元，目的是为了在燃料电池工作过程中保证人身、运行、设备的安全，当系统发生异常时，本连锁各执行机构能按规定的程序实现紧急操作及切换，直至紧急停机，单元专门对氢回路独立设置双通道故障检出元件，与系统中软件智能故障判断形成三重保护。