一种自主供电式氢燃料电池测试台能量管理装置及方法与流程

本发明涉及燃料电池系统测试，具体涉及一种自主供电式氢燃料电池测试台能量管理装置及方法。

背景技术：

1、随着全球对低碳能源解决方案的需求日益增长，氢燃料电池因其零排放、高效率及快速补给的特点，被视为替代传统化石燃料的理想选择。在氢燃料电池技术的研发与产业化进程中，测试台扮演着至关重要的角色。二氢燃料电池技术的不断进步，其测试平台的性能要求也在持续升级。传统的测试方法在启动氢燃料电池系统时，需依赖额外的高压直流（hvdc）和低压直流（lvdc）电源来驱动辅助设备如空压机和水泵，这不仅提高了操作成本，还增加了测试环境构建的复杂性。

2、在实际测试使用过程中，会出现被氢燃料电池系统突发故障停机，此时由于能量回馈电子负载还在保持着上一时刻功率，被测氢燃料电池系统出现故障停机立即停止发电，储能电池需要瞬间释放电能平衡电子负载电能消耗。当被测氢燃料电池系统在测试过程中功率非常大时遇上突发故障停机，会造成储能电池瞬间过放超出储能电池的极限，从而导致电池损坏。因此，现在急需解决氢燃料电池系统突发故障停机导致的电池保护问题，本申请提出一种自主供电式氢燃料电池测试台能量管理装置及方法。

技术实现思路

1、针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种自主供电式氢燃料电池测试台能量管理装置及方法，旨在一定程度上解决相关技术中的技术问题。

2、为达到以上目的，本发明采取的技术方案是：

3、一种自主供电式氢燃料电池测试台能量管理装置，被测氢燃料电池系统和被测系统辅助设备，被测氢燃料电池系统通过依次串接的继电器k1、继电器k2连接能量回馈电子负载，被测系统辅助设备通过依次串接的继电器k5、继电器k4连接储能电池，其中被测氢燃料电池系统输出端设有电流传感器a1和电压传感器v，电流传感器a1和电压传感器v分别用于测量被测氢燃料电池系统的输出电流和输出电压，被测系统辅助设备输入端设有电流传感器a3；能量回馈电子负载还并联连接有超级电容，超级电容、能量回馈电子负载和储能电池均并联连接，被测氢燃料电池系统与超级电容之间设有依次串接的电流传感器a2、限流电阻r，其中继电器k3与限流电阻r并联连接。

4、在上述技术方案的基础上，被测系统辅助设备包括空压机、水泵、氢泵、三通阀、加热器、散热器和漏氢传感器。

5、在上述技术方案的基础上，能量回馈电子负载连接380v/ac市电电网，能量回馈电子负载用于将能量回馈至电网中。

6、在上述技术方案的基础上，储能电池为锂离子电池或铅酸电池。

7、在上述技术方案的基础上，储能电池与被测系统辅助设备供电需求相适配。

8、在上述技术方案的基础上，电阻r的设定参数根据储能电池和超级电容的允许最大放电和充电电流预先设定。

9、在上述技术方案的基础上，一种自主供电式氢燃料电池测试台能量管理方法，包括以下步骤：

10、s1、测试程序开始，将氢燃料电池系统测试台启动。

11、s2、控制继电器k4闭合，储能电池通过限流电阻r向超级电容充电；此时通过合理限流电阻r参数实现一个小电流缓慢为超级电容充电。

12、s3、当超级电容电压达到设定电压值va时，控制继电器k3闭合；电压值va为超级电容饱满状态的电压值。

13、s4、控制继电器k5闭合，储能电池为被测系统辅助设备供电；测试开始时，储能电池供电将被测系统辅助设备发动，是满足燃料电池达到氢氧水热等的预设启动条件。

14、s5、下达测试时间计划曲线f(t)=af1（t）+bf2（t）+cf3（t）+d，其中，f(t)为加载电流且单位为安培，t为时间，f1（t）为第一电流需求曲线，f2（t）为第二电流需求曲线，f3（t）为第三电流需求曲线，a、b、c、d均为耦合加载修正系数；能量回馈负载根据测试时间计划曲线f(t)=af1（t）+bf2（t）+cf3（t）+d实时跟随对应负载大小。

15、s6、判断当前电压传感器v电压值是否满足系统测试台电压等级要求，如果不是则进入其他测试模式，如果是，则继电器k1、k2闭合，能量回馈电子负载执行测试时间计划曲线，并实时采集电流传感器a1、a2、a3值，进入下一步；此时的能量回馈负载根据采集的电流传感器a1值保持加载电流不大于a1值，并进行实时比较。

16、s7、判断储能电池soc是否满足α＜soc＜β，如果是，则执行第一加载值f1（t）=f（t）-a3，并保持0≤f1（t）≤a1，a1为实时采集电流传感器a1的电流值，a3为实时采集电流传感器a3的电流值，进入下一步，如果不是，则执行第二加载值f2（t）=f（t）-fbattery（t），并保持0≤f2（t）≤a1，进入下一步。

17、s8、判断被测氢燃料电池是否突发故障关机，如果不是，则执行全部测试时间计划曲线，进入下一步，如果是，则能量回馈电子负载跳转为空载状态，进入下一步。

18、s9、测试完毕，停机。

19、在上述技术方案的基础上，当同步测试n个被测氢燃料电池系统时，所述测试时间计划曲线f(t)=n1f1（t）+n2f2（t）+n3f3（t）+...+nnfn（t）+e，n为正整数，n1、n2、n3、...、nn为耦合加载修正系数，e为增补修正电流系数。

20、在上述技术方案的基础上，储能电池为锂电池时，soc＜α=25%设为深度放电区，soc＞β=80%设为满电区；储能电池为铅酸电池时soc＜α=45%设为深度放电区，soc＞β=85%设为满电区。

21、在上述技术方案的基础上，当α＜soc＜β且被测氢燃料电池系统正常工作时，设置α＜soc＜β为储能电池为缓慢充电区，控制继电器k4闭合，储能电池进入充电状态且充电电流为0.01c到0.05c直至储能电池soc达到区间75%-80%。

22、与现有技术相比，本发明的优点在于：

23、本发明中的一种自主供电式氢燃料电池测试台能量管理装置及方法与现有技术相比，当发生故障停机时，能量回馈电子负载立即跟随电流传感器a1数值进行空载操作，从而避免被测氢燃料电池系统突发停机时电子负载还继续执行原先加载电流，而在停机时刻能量回馈电子负载所需瞬时电流由储能电池提供，此外超级电容并在母线上，防止能量管理程序失效，此时能量回馈电子负载所需的瞬间大电流由超级电容提供，从而减轻储能电池在过大电流放电条件下造成的不利影响。

1.一种自主供电式氢燃料电池测试台能量管理装置，被测氢燃料电池系统和被测系统辅助设备，其特征在于：被测氢燃料电池系统通过依次串接的继电器k1、继电器k2连接能量回馈电子负载，被测系统辅助设备通过依次串接的继电器k5、继电器k4连接储能电池，其中被测氢燃料电池系统输出端设有电流传感器a1和电压传感器v，电流传感器a1和电压传感器v分别用于测量被测氢燃料电池系统的输出电流和输出电压，被测系统辅助设备输入端设有电流传感器a3；能量回馈电子负载还并联连接有超级电容，超级电容、能量回馈电子负载和储能电池均并联连接，被测氢燃料电池系统与超级电容之间设有依次串接的电流传感器a2、限流电阻r，其中继电器k3与限流电阻r并联连接。

2.根据权利要求1所述的一种自主供电式氢燃料电池测试台能量管理装置，其特征在于：所述被测系统辅助设备包括空压机、水泵、氢泵、三通阀、加热器、散热器和漏氢传感器。

3.根据权利要求1所述的一种自主供电式氢燃料电池测试台能量管理装置，其特征在于：所述能量回馈电子负载连接380v/ac市电电网，能量回馈电子负载用于将能量回馈至电网中。

4.根据权利要求1所述的一种自主供电式氢燃料电池测试台能量管理装置，其特征在于：所述储能电池为锂离子电池或铅酸电池。

5.根据权利要求1所述的一种自主供电式氢燃料电池测试台能量管理装置，其特征在于：所述储能电池与被测系统辅助设备供电需求相适配。

6.根据权利要求1所述的一种自主供电式氢燃料电池测试台能量管理装置，其特征在于：所述电阻r的设定参数根据储能电池和超级电容的允许最大放电和充电电流预先设定。

7.根据权利要求1-6任意一项所述的一种自主供电式氢燃料电池测试台能量管理方法，其特征在于包括以下步骤：

8.根据权利要求7所述的一种自主供电式氢燃料电池测试台能量管理方法，其特征在于：当同步测试n个被测氢燃料电池系统时，所述测试时间计划曲线f(t)=n1f1（t）+n2f2（t）+n3f3（t）+...+nnfn（t）+e，n为正整数，n1、n2、n3、...、nn为耦合加载修正系数，e为增补修正电流系数。

9.根据权利要求7所述的一种自主供电式氢燃料电池测试台能量管理方法，其特征在于：所述储能电池为锂电池时，soc＜α=25%设为深度放电区，soc＞β=80%设为满电区；储能电池为铅酸电池时soc＜α=45%设为深度放电区，soc＞β=85%设为满电区。

10.根据权利要求7所述的一种自主供电式氢燃料电池测试台能量管理方法，其特征在于：当α＜soc＜β且被测氢燃料电池系统正常工作时，设置α＜soc＜β为储能电池为缓慢充电区，控制继电器k4闭合，储能电池进入充电状态且充电电流为0.01c到0.05c直至储能电池soc达到区间75%-80%。