[发明专利]基于燃料电池热电联产系统的简易试验模型

说明书

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。

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。