大功率质子交换膜燃料电池测试系统的开发及试验

doi:10.13229/j.cnki.jdxbgxb20220042

摘要/Abstract

摘要：

针对当前燃料电池系统大功率化的情况，设计开发了一款大功率燃料电池测试试验台，通过对系统的设计、选型、搭建、调试等工作完成了120 kW燃料电池的性能测试。该试验台集成了氢气、空气和热管理控制系统，整合并优化了各子系统之间的布局，使后期维护更加方便。同时，该试验台使用LABVIEW软件设计上位机控制界面，使用Simulink软件设计下位机控制器控制程序并将确定的零部件参数写入控制器。然后，通过上位机与控制器之间的CAN盒通讯实现上位机控制界面对系统的在线实时控制，且可根据负载变化自动优化各个零部件运行参数。通过分析该试验台采集的测试数据可评估燃料电池系统是否达到预期设计要求。该试验台对大功率燃料电池系统的研究、生产以及燃料电池试验台的开发有一定的指导意义，为燃料电池系统的开发提供了保障。

关键词: 仿生科学与工程, 质子交换膜燃料电池, 大功率, 测试试验台, 集成

Abstract:

In view of the current high-power fuel cell system, a high-power fuel cell test platform was designed and developed, and the performance test of the 120 kW fuel cell was completed through the design, selection, construction, and debugging of the system. The test platform integrates hydrogen flow， air flow and thermal management control systems, integrates and optimizes the layout between the various subsystems, and makes post-maintenance more convenient.At the same time, the test platform uses LABVIEW software to design the control interface of the upper computer, uses Simulink software to design the control program of the lower computer controller and writes the determined parameters of the components into the controller, and then realizes the communication through the CAN box between the upper computer and the controller. The online real-time control of the system by the host computer control interface, and can automatically optimize the operating parameters of each component according to the load change. By analyzing the test data collected by the test platform, it is possible to evaluate whether the fuel cell system meets the expected design requirements. The test platform has certain guiding significance for the research and production of high-power fuel cell systems and the development of fuel cell test platforms, and provides a guarantee for the development of fuel cell systems.

Key words: bionic sciences and engineering, proton exchange membrane fuel cell （PEMFC）, high-power, test platform, integration

中图分类号:

TM911.4

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参考文献 21

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参数	数值
最大排气压力/10⁵ Pa（A）	3.0
压比范围	1~1.3
泵体排量/mL	200
运行温度/°C	-30~85
最大输入功率/kW	1.5

m/（g·s^-1）	n/（r·min^-1）
m/（g·s^-1）	70 000	80 000	90 000	95 000
90	2.02	2.58	3.22	-
120	1.80	2.29	3.15	3.48
150	-	-	2.90	3.24
180	-	-	-	2.80

参数	数值及说明
额定流量/（L·min^-1）	250
额定转速/（r·min^-1）	6000
供电/V	DC 530
功率/kW	0.8~1.5
适用介质	去离子水或FC专用防冻液

项目	技术参数
微控制器	双核SPC5743R，32位，最高主频200 MHz。
微控制器	SRAM 128 kB，Flash 2 MB，FRAM 64 kbit。
供电	DC530 V （450~750 V）； 4路5 V，2路12 V传感器供电电源。
输入	24路模拟量输入，其中10路电阻量输入； 2路0~12 V，22路0~5 V电压量输入。
输入	22路开关量输入，其中6路低有效，16路高有效开关量输入。
输出	5路Peak-Hold双边驱动，支持BOOST升压。
	6路高边驱动，额定1 A，峰值3 A，支持PWM工作模式和开关工作模式。
	14路低边驱动，其中，5路额定4 A，峰值8 A； 6路额定0.4 A，峰值0.8 A；2路额定0.4 A，峰值0.8 A；1路额定1 A，峰值3 A。
通讯	CAN2.0B，4路。