[发明专利]一种燃料电池电堆测试台及背压控制方法

说明书

本发明涉及燃料电池生产技术领域，具体涉及一种燃料电池电堆测试台及背压控制方法，燃料电池电堆测试台包括与燃料电池电堆连通的氢气系统、空气系统、冷却系统，以及用于控制所述氢气系统、空气系统、冷却系统的控制系统；所述氢气系统包括氢气进气模块和氢气排气模块，所述氢气进气模块与燃料电池电堆的进气口连通，所述氢气排气模块与燃料电池电堆的出气口连通。本发明通过特定的控制算法和控制器结构，消除了机械式背压阀固有误差特性的影响，并搭配并联的开关阀，实现全流量范围内背压盲区的最小化，相比电控式背压阀，本发明的背压控制精度更高，动态误差更小，同时，在大流量时背压范围更宽。

技术领域

本发明涉及燃料电池生产加工技术领域，具体涉及一种燃料电池电堆测试台及背压控制方法。

背景技术

燃料电池是一种把燃料所具有的化学能直接转换成电能的化学装置，又称电化学发电器。它是继水力发电、热能发电和原子能发电之后的第四种发电技术。由于燃料电池是通过电化学反应把燃料的化学能中的吉布斯自由能部分转换成电能，不受卡诺循环效应的限制，因此效率高，同时燃料电池用燃料和氧气作为原料，且没有机械传动部件，故没有噪声污染，排放出的有害气体极少。常见的燃料电池有氢氧燃料电池、固体氧化物燃料电池和甲醇燃料电池等。由于传统化石燃料在人类大规模开发利用的情况下越来越少，近年来，环保能源如氢能源的开发利用日益受到关注，氢氧燃料电池作为氢能源应用的一个重要方向越来越被人们重视，从而不断地进行研究开发，新产品层出不穷。燃料电池规模化生产以降低成本日益成为一种共识和趋势。燃料电池检测设备作为加速产业落地的重要一环，其需求量与日俱增，各项性能指标要求也越来越高，越来越多样化。其中一项重要指标是背压控制精度，然而，在面对大范围流量与大范围压力工况时背压控制精度往往难以保证。

燃料电池电堆检测设备往往采取两种背压方式：电控式背压和机械式背压。电控式背压实时检测背压点压力值并通过闭环控制算法实时调节阀门开度。由于严重的模型非线性，传统控制算法难以适应不同流量和压力工况，往往只能在工况点附近保持满意的控制精度。另外，现有的厂商能提供的电控式背压阀流量系数普遍较小，对大功率的电堆检测设备而言，大流量时压损过大，低背压值难以达到。而机械式背压阀以其良好的动态性能、较低的压损逐渐受到市场认可，它从原理上更容易适应大范围变化的工况，其入口压力自动跟随参考压力，且保持近似相等。但流量增大时，背压误差也会增大。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供了一种燃料电池电堆测试台，以及一种应用前述燃料电池电堆测试台的背压控制方法。

本发明采用如下方案实现：

一种燃料电池电堆测试台，用于测试燃料电池电堆，燃料电池电堆具有进气口和出气口，包括与燃料电池电堆连通的氢气系统、与燃料电池电堆连通的空气系统、与燃料电池电堆连通的冷却系统，以及用于控制所述氢气系统、空气系统、冷却系统的控制系统；所述氢气系统包括氢气进气模块和氢气排气模块，所述氢气进气模块与燃料电池电堆的进气口连通，所述氢气排气模块与燃料电池电堆的出气口连通；所述氢气排气模块包括与燃料电池电堆的出气口连通的末端处理单元，设置于末端处理单元和燃料电池电堆出气口之间的机械式背压阀，以及设置于机械式背压阀和燃料电池电堆的出气口之间的第一压力传感器。

进一步的，所述氢气排气模块还包括第一开关阀，所述第一开关阀与所述机械式背压阀构成并联关系。

进一步的，所述氢气排气模块还包括第一开关阀、第二开关阀、第三开关阀，所述第一开关阀与所述机械式背压阀并联后与所述第二开关阀串联，所述第三开关阀的一端与所述末端处理单元连通，第三开关阀的另一端连通于所述第二开关阀与所述燃料电池电堆的排气口之间。

进一步的，所述氢气排气模块还包括第一开关阀和第二开关阀，所述第二开关阀串联于所述机械式背压阀和第一压力传感器之间，所述第一开关阀的一端与所述末端处理单元连通，第一开关阀的另一端连通于所述第二开关阀与所述燃料电池电堆的排气口之间。