[发明专利]电能高效利用的燃料电池测试系统及控制方法

说明书

本发明公开了一种电能高效利用的燃料电池测试系统，包括燃料电池测试单元、辅助系统单元、储能单元、储能双向变流器和能量管理单元，所述能量管理单元分别与燃料电池测试单元、辅助系统单元、储能单元和储能双向变流器通讯连接，所述储能单元分别与燃料电池测试单元和储能双向变流器的直流端电连接，所述储能双向变流器的交流端分别与辅助系统单元和外电网电连接，所述辅助系统单元通过管道与燃料电池测试单元连接；还公开了一种电能高效利用的燃料电池测试系统的控制方法。本发明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。

技术领域

本发明属于燃料电池测试技术领域，具体涉及一种电能高效利用的燃料电池测试系统及控制方法。

背景技术

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％，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。

另一方面，在燃料电池测试前有时需要给待测电堆预热、燃料电池启动时需要为燃料电池供应高压空气以及在燃料电池测试时需要给燃料电池通冷却水控温，而为电堆预热的电加热装置、为燃料电池控温的冷却装置以及为燃料电池提供高压空气的空气压缩机工作时所需要的电能一般均来自于外电网，因而进一步增加了用电成本；特别是为了使电堆快速升温电加热装置的功率配置较大，耗能严重，而且此时电堆还尚未启动其电能则完全来自于外电网，这种对电网的高度依赖性在电网停电和用电高峰限电时存在着燃料电池无法进行测试的风险。

发明内容

针对现有技术中的不足，本发明的目的在于提供一种电能高效利用的燃料电池测试系统及控制方法。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

本发明实施例提供一种电能高效利用的燃料电池测试系统，包括燃料电池测试单元、辅助系统单元、储能单元、储能双向变流器和能量管理单元，所述能量管理单元分别与燃料电池测试单元、辅助系统单元、储能单元和储能双向变流器通讯连接，所述储能单元分别与燃料电池测试单元和储能双向变流器的直流端电连接，所述储能双向变流器的交流端分别与辅助系统单元和外电网电连接，所述辅助系统单元通过管道与燃料电池测试单元连接。