[发明专利]一种与可再生能源自洽的高效、低成本质子交换膜电解水制氢控制系统及控制方法

权利要求书

1.一种与可再生能源自洽的高效、低成本质子交换膜电解水制氢控制方法，其特征在于，所述控制方法适用于由两组PEM电解单元组成的电解电堆；其中：

一组PEM电解单元的阳极析氧催化剂为高铱含量析氧催化剂，高铱含量析氧催化剂即铱含量≥30％；

另一组PEM电解单元的阳极析氧催化剂为采用低铱或不含铱元素析氧催化剂，低铱或不含铱元素析氧催化剂即0≤铱含量＜30％；

所述控制方法包括以下步骤：

步骤1、设定电压上限使电解电堆两端输入电压低于阳极低铱或不含铱元素析氧催化剂的氧化溶解电位；

步骤2、监测可再生能源输出能量状态指标：电解电堆两端的电解电压、电流密度或者输入电能达到系统设计功率的百分比；

步骤3、当电解电堆两端电解电压低于步骤1所设定的保护电压上限或者电解电流密度小于0.5A/cm²或者外部输入电能小于电解电堆额定功率的0-60％时，启动低铱或不含铱元素析氧催化剂体系PEM电解电堆单元工作，电解水制氢；否则，启动高铱含量析氧催化剂体系PEM电解电堆单元工作，电解水制氢。

2.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，所述低铱或不含铱元素析氧催化剂为单原子Ir掺杂MnO₂催化剂，其中Ir的原子比为0.87％，此时步骤1中的电压上限为1.75V。

3.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，所述高铱含量析氧催化剂为氧化铱、掺杂型的氧化铱、含铱合金或者含铱的高负载型催化剂。

4.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，所述低铱或不含铱元素析氧催化剂为Ti掺杂RuO₂催化剂，此时步骤1中的电压上限为1.5V。

5.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，所述低铱或不含铱元素析氧催化剂为MnO₂催化剂，此时步骤1中的电压上限为1.5V。

6.一种与可再生能源自洽的高效、低成本质子交换膜电解水制氢控制系统，其特征在于，包括：依次连接的可再生能源供电系统、制氢综合控制单元、电解制氢设备，还包括监控单元，所述监控单元分别与制氢综合控制单元、电解电推连接；

所述电解制氢设备是由两组PEM电解单元组成的电解电推，其中：

一组PEM电解单元的阳极析氧催化剂为高铱含量析氧催化剂，高铱含量析氧催化剂即铱含量≥30％；

另一组PEM电解单元的阳极析氧催化剂为采用低铱或不含铱元素析氧催化剂，低铱或不含铱元素析氧催化剂即0≤铱含量＜30％；

设定电压上限使电解电堆两端输入电压低于阳极低铱或不含铱元素析氧催化剂的氧化溶解电位；所述监控单元监测可再生能源供电系统输出能量状态指标：电解电堆两端的电解电压、电流密度或者输入电能达到系统设计功率的百分比；然后将监测到的能量状态指标数据反馈到制氢综合控制单元中，由制氢综合控制单元根据数据来精准切换两个电解单元的运行状态；当电解电堆两端电解电压低于所设定的保护电压上限或者电解电流密度小于0.5A/cm²或者外部输入电能小于电解电堆额定功率的0～60％时，启动低铱或不含铱元素析氧催化剂体系PEM电解电堆单元工作，电解水制氢；否则，启动高铱含量析氧催化剂体系PEM电解电堆单元工作，电解水制氢。

7.根据权利要求6所述的控制系统，其特征在于，所述监控单元包括电流和电压传感器。

8.根据权利要求6所述的控制系统，其特征在于，所述制氢综合控制单元包括：用于监测电压的电压监控单元、用于监测电流的电流监控单元和用于监测功率的输入功率监控单元。

9.根据权利要求6所述的控制系统，其特征在于，所述高铱含量析氧催化剂为氧化铱、掺杂型的氧化铱、含铱合金或者含铱的高负载型催化剂。

10.根据权利要求6所述的控制系统，其特征在于，所述低铱或不含铱元素析氧催化剂为单原子Ir掺杂MnO₂催化剂，其中Ir的原子比为0.87％，此时电压上限为1.75V；或者所述低铱或不含铱元素析氧催化剂为Ti掺杂RuO₂催化剂，此时电压上限为1.5V；或者所述低铱或不含铱元素析氧催化剂为MnO₂催化剂，此时电压上限为1.5V。