[发明专利]一种燃料电池半实物仿真平台

说明书

本发明涉及一种燃料电池半实物仿真平台，用于免燃料电堆下燃料电池零部件及控制器测试，平台包括上位机、电堆特性模拟系统、空气供应系统、氢气供应系统和控制器。所述空气供应系统包括阴极流阻阀，用以模拟空气供应系统与电堆阴极流道流阻特性。所述氢气供应系统包括氢气消耗阀，用以模拟电堆氢气消耗。所述电堆特性模拟系统包括MEA(Membrane Electrode Assembly)模型以及热特性模型，分别模拟电堆电化学特性与热特性。与现有技术相比，本发明具有可靠性高、可操作性强等优点。

技术领域

本发明涉及燃料电池系统技术领域，尤其是涉及一种燃料电池半实物仿真平台。

背景技术

氢燃料电池利用氢气和氧气电化学反应产生电能为汽车提供动力，具有零排放、无污染、能源利用率高等特点，是未来新能源汽车动力的发展方向。

燃料电池系统包括燃料电池电堆本体、附件系统以及控制器。附件的选型与匹配影响燃料电池系统的性能，控制器控制算法不仅决定系统经济性、安全性、可靠性、耐久性，还决定系统的动态特性、环境适应性等，因此系统在运行前，需要对二者进行有效验证。真实电堆本体安全性差、成本高。采用真实电堆进行测试，易造成电堆耐久性衰退、测试成本高、工作量大、安全性差、测试周期长、极限工况难以模拟等一系列问题。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种燃料电池半实物仿真平台，以实现免燃料电池电堆下，对系统零部件、系统集成匹配以及控制算法进行综合测试。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种燃料电池半实物仿真平台，该仿真平台包括上位机、电堆特性模拟系统、空气供应系统、氢气供应系统和控制器，所述电堆模拟特性系统，包含MEA模型和热特性模型，以模拟真实电堆的电化学及热力学特性。所述空气供应系统包括空气滤清器、空气入堆流量传感器、空压机、中冷器、加湿器、空气入堆压力传感器、空气入堆温度传感器、阴极流阻阀、阴极容腔和背压阀，所述空气供应系统通过所述空气入堆流量传感器、所述空压机、所述空气入堆压力传感器、所述空气入堆温度传感器和所述背压阀各自单独分别与所述控制器和所述电堆特性模拟系统实现信号交互。所述阴极流阻阀模拟空气供应系统流阻特性。所述氢气供应系统包括进氢阀、压力调节阀、氢气循环装置、氢气进堆压力传感器、阳极容腔、排氢阀和氢气消耗阀，所述氢气供应系统通过所述压力调节阀、氢气进堆压力传感器、排氢阀、氢气消耗阀与所述电堆特性模拟系统、上位机、控制器实现信号交互。

进一步地说，所述的电堆特性模拟系统由MEA模型和热特性模型组成。

进一步地说，所述MEA模型，用于模拟燃料电池的极化特性，根据容腔进口空气压力、氢气压力、过氧比、电堆温度、负载电流信号，模拟出电堆电压，并根据电堆单体电压分布特性，模拟出单体电池电压变化；所述热特性模型，用于模拟燃料电池温度变化，根据负载电流需求、电堆总电压、水泵转速、风扇转速信号，模拟电堆温度、冷却水进出电堆温度以及冷却水进堆压力。

进一步地说，所述的空气供应系统还包括按顺序依次连接的所述空气滤清器、空压机、中冷器、加湿器、阴极流阻阀和阴极容腔，所述空气入堆流量传感器连接设置于所述空气滤清器与所述空压机之间，所述空气入堆压力传感器和所述空气入堆温度传感器连接设置于所述加湿器与所述阴极流阻阀之间。

进一步地说，所述阴极流阻阀为可以根据所需模拟的电堆流阻特性的可调节阀门，以模拟空气供应系统流阻特性。所述阴极容腔用以模拟实际空气供应系统体积。

进一步地说，所述的氢气供应系统还包括按顺序依次连接的进氢阀、压力调节阀、氢气循环装置和阳极容腔，所述氢气进堆压力传感器连接设置于所述氢气循环装置与所述阳极容腔之间。

进一步地说，所述氢气消耗阀为阳极流量消耗阀，用以模拟氢气消耗。

进一步地说，所述的阳极容腔还经另一单独回路分别与所述氢气循环装置、氢气消耗阀和排氢阀相连接，以实现氢气循环。