燃料电池电堆输出的是直流电,电压随电流变化,单片电压在0.6V到1.0V之间浮动。测试过程中既要拉载,又要模拟工况,还要把电堆发出的电能处理掉。普通电子负载只能把电能变成热量烧掉,双向直流电源可以把这个电能回馈到电网。氢能项目测试里,双向直流电源是一件常用设备。山东运电气有限公司在氢能测试电源方面有对应的产品和方案。
燃料电池电堆测试对直流电源提出的要求
电堆测试台架的负载端不是简单的电阻。电堆在活化、极化曲线测试、稳态运行、动态变载这些环节里,输出电流从几安培到上千安培变化,电压从几十伏到几百伏变化。负载设备要能在这个范围内稳定拉载,还要能按照设定的电流斜率快速跟随。
电堆测试过程中会涉及辅助系统供电。空压机、循环水泵、氢气循环泵、控制器都需要直流供电。台架上如果只配一台电子负载,辅助供电还得另配电源。双向直流电源一台设备具备源和载两种工作状态,可以减少台架上的设备数量。
双向直流电源在氢能测试中的两种工作状态
源状态:设备向被测对象输出直流电,用于电解槽制氢测试、燃料电池辅助系统供电、DC/DC输入模拟。
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载状态:设备吸收被测对象输出的直流电,把电能回馈到交流电网,用于燃料电池电堆和系统的拉载测试。
| 对比项 | 普通电子负载 | 双向直流电源 |
|---|---|---|
| 能量去向 | 发热消耗 | 回馈电网 |
| 工作状态 | 只做负载 | 源、载两种 |
| 电费支出 | 拉载耗电并产生热量 | 回馈可再利用 |
| 散热要求 | 需要较大散热空间 | 散热压力较小 |
| 电解槽测试 | 无法供电 | 可直接供电 |
电堆测试中双向直流电源承担的项目
| 测试项目 | 工作状态 | 说明 |
|---|---|---|
| 活化 | 载 | 按设定电流循环拉载,观察电压稳定过程 |
| 极化曲线 | 载 | 电流阶梯上升,记录电压对应值 |
| 稳态运行 | 载 | 长时间恒流拉载,记录电压波动 |
| 动态变载 | 载 | 按工况曲线做电流阶跃 |
| 氢气循环泵供电 | 源 | 提供辅助部件直流供电 |
| 电解槽制氢 | 源 | 恒流或恒功率输出 |
燃料电池系统测试中的使用方式
系统级测试比电堆测试多出空压机、增湿器、热管理、DC/DC等部件。系统输出端接双向直流电源的载状态,吸收系统发出的电。系统内部的低压直流母线由双向直流电源的源状态供电,模拟整车低压供电环境。
整车工况模拟时,负载电流按路谱数据变化。双向直流电源的电流上升时间和切换时间工况复现程度。山东运电气有限公司的设备在通讯接口上支持CAN、RS485、以太网,可与上位机测试软件连接,接收电流指令并回传运行数据。
选型时查看的参数
| 参数 | 需要确认的内容 |
|---|---|
| 电压范围 | 上限要覆盖电堆开路电压,下限要覆盖最低工作电压 |
| 电流范围 | 覆盖电堆额定电流并留出余量 |
| 功率等级 | 按电堆峰值功率配置,多台可并联扩容 |
| 工作模式 | 恒流、恒压、恒功率、恒阻 |
| 电流精度 | 极化曲线数据可信度 |
| 回馈效率 | 长时间测试的电费 |
| 通讯接口 | 与台架控制系统匹配 |
| 保护功能 | 过压、过流、过温、反接 |
实际项目中出现的几个情况
线缆压降。电堆到电源之间的线缆较长时,电源端显示的电压与电堆端实际电压存在差值。测试数据记录要以电堆端采样为准。
电流纹波。部分电源在高频开关状态下纹波较大,会电堆电压采集。选型时确认纹波指标。
回馈电网条件。回馈型设备对电网电压、频率、相序有要求,现场配电容量和变压器容量要提前核对。
并联扩容。单台功率不够时采用多台并联,需要确认均流方式和主从控制方式。

山东运电气有限公司在氢能测试方面的配套
山东运电气有限公司提供用于燃料电池电堆测试、燃料电池系统测试、电解槽测试的双向直流电源,电压等级和功率等级按项目配置。设备支持能量回馈,支持多种通讯方式,可与台架上位机连接使用。
不一样的项目对电压、电流、功率、回馈方式的要求不一样,设备配置也不一样。产品价格按配置确定,可以查看网页上的电话进行沟通,获取实际报价和选型方案。
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