一种燃料电池电阻负载系统的制作方法

1.本发明涉及质子交换膜燃料电池领域，具体涉及一种燃料电池电阻负载系统。


背景技术：

2.电子负载是指能模拟真是负载某些特性的电子设备，它不仅可模拟不同数值的电阻、电感、电容以及他们的组合，而且可模拟非线性负载的某些特性，电子负载作为电源测试的重要手段，随着电源测试集成化、一体化的发展趋势，其重要性越发明显。
3.现有的燃料电池负载多为回馈式电子负载，将燃料电池测试运行过程中产生的电力回馈电网，回馈式电子负载是不会引起大量热耗的电子负载，电能不是直接转换为热，而是转换为交流电并“送回”电网，因此产生的热量非常少，以此节省了大量电能。但由于回馈的电能过大，若不能及时将超出电网承受能力的这部分电力消耗，有可能对电网造成冲击，特别是对于分布式电站，一般都为兆瓦级，单位时间产生大量电力，导致大多数时间不能达到回馈电力的效果，而且回馈式电子负载价格较高，结构复杂。而市场上的电阻负载，多为定阻值负载，而燃料电池在工作过程中温度会逐渐升高，燃料电池的温度越高，燃料电池内部的反应速度越快，燃料电池释放的功率就越大，定值负载与燃料电池工作特点不匹配，定值负载无法随燃料电池功率的变化而变化，容易造成电力回馈电网的效率不够，或者电力回馈超出电网承受的范围造成电网的损坏。


技术实现要素：

4.为了上述技术问题，本发明提供了一种燃料电池电阻负载系统。通过串并联的方式使燃料电池电阻负载可变，针对燃料电池的功率变化进行调节，避免电能的浪费或者对电网造成损坏。
5.本发明为实现上述目的所采用的技术方案是：
6.一种燃料电池电阻负载系统，包括多个并联在一起的电阻模块，每个所述电阻模块包括串联在一起的一个开关和多个电阻单元，所述电阻单元包括多个并联在一起的负载。
7.作为优选，所述负载为电热管。
8.作为优选，所述电热管为ac220v，2kw干烧翅片电热管。
9.作为优选，所述电阻模块数量为12，包括a1、a2
···
a12，
10.所述a1到a3电阻模块内包括5个串联在一起的电阻单元，所述a4到a12电阻模块内包括4个串联在一起的电阻单元，
11.所述a1、a2和a3电阻模块内的电阻单元由4个并联在一起的负载组成，
12.所述a4电阻模块内的电阻单元由3个并联在一起的负载组成，
13.所述a5、a7电阻模块内的电阻单元由6个并联在一起的负载组成，
14.所述a6、a9、a11和a12电阻模块内的电阻单元由7个并联在一起的负载组成，
15.所述a8电阻模块内的电阻单元由8个并联在一起的负载组成，
16.所述a10电阻模块内的电阻单元由9个并联在一起的负载组成。
17.作为优选，所述开关为接触器。
18.本发明采用上述技术方案的一种燃料电池电阻负载系统的优点是：
19.将负载进行串并联连接，并进行分组，每组之间采用并联的方式连接，通过开关控制每组负载的通断，来实现总负载大小的调节，进而调节总负载所消耗功率的大小，从而使得负载消耗的功率能够跟随燃料电池工作时功率的变化而变化，从而达到当燃料电池功率小的时候减少能量的浪费，当燃料电池功率大的时候，避免能量过大对电网造成损坏的效果，减少了能量浪费，并提高了电网系统的使用寿命，且成本低廉易行。
附图说明
20.图1是本发明的负载连接线路图。
具体实施方式
21.下面结合附图和实施例对本发明的实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不能用来限制本发明的范围。
22.如图1所示，本实施例的燃料电池电阻负载系统包括多个并联在一起的电阻模块，每个电阻模块包括串联在一起的一个开关和多个电阻单元，所述开关为接触器，所述电阻单元包括多个并联在一起的负载，所述负载电阻为ac220v，2kw干烧翅片电热管。
23.将燃料电池电阻负载系统与燃料电池连接，根据电堆模块测试数据，把总功率平均分成10个点。估算对应电阻值，参考估值，计算电阻负载串并联分组。
24.功率25kw50kw75kw100kw125kw150kw175kw200kw225kw250kw电阻20ω10ω6.5ω4.6ω3.5ω2.85ω2.3ω1.98ω1.66ω1.43ω
25.每组说明：
26.电阻模块数量总计为12，包括a1、a2
···
a12，
27.1)前三组a1、a2、a3相同，考虑到电堆开路电压和初始电压高，采用5串4并。三个接触器依次闭合，功率可以控制在0—p1；
28.2)a4组，采用4串3并，对应功率约p2；
29.3)a5组，采用4串6并，对应功率约p3；
30.4)a6组，采用4串7并，对应功率约p4；
31.5)a7组，采用4串6并，对应功率约p5；
32.6)a8组，采用4串8并，对应功率约p6；
33.7)a9组，采用4串7并，对应功率约p7；
34.8)a10组，采用4串9并，对应功率约p8；
35.9)a11和a12组相同，采用4串7并；a11对应约p9，a12对应超过p10；
36.10)a11和a12组需要根据实际情况进行连接。
37.合计需要300根加热管，满足250kw燃料电池不带直流-直流变换器(dc/dc)，直接输出特性(电流-电压特性)，电压范围：dc 600v
–‑
dc 1200v直接输；出特性根据燃料电池的状态或随时间而变化，在一定的温度与气体压力下，改变负载电阻的大小，燃料电池的输出电压与输出电流之间呈反向变化，随着电流从零增大，输出电压有一段下降较快，主要是因
为电机表面的反应速度有限，有电流输出时，电机表面的带点状态改变，驱动电子输出样机或输入阴极时，产生的部分电压会被损耗掉，这一段被称为电化学极化区；输出电压的线性下降区的电压降，主要是电子通过电机材料及各种连接部件，离子通过电解质的阻力引起的，这种电压降与电流成比例，所以被称为欧姆极化区。
38.控制方法：电阻负载用plc作为控制核心，采用工控机和上位机进行控制，工作过程中，针对不同的功率需求，依次闭合k1—k12接触器，闭合k1时，对应功率为20ω，对应功率为25kw，以此类推，直至12个接触器均闭合，对应功率为250kw，电阻为1.43ω。降载过程中，从a12开始依次断开接触器。
39.利用接入并联电阻的方式，使负载在工作过程中阻值不断减小，功率却不断增加，完美匹配了燃料电池的工作特性。本发明方案适用于燃料电池在没有dcdc等稳压设备时进行测试。
40.本发明是通过实施例进行描述的，本领域技术人员知悉，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以对这些特征和实施例进行各种改变或等效替换。另外，在本发明的教导下，可以对这些特征和实施例进行修改以适应具体的情况及材料而不会脱离本发明的精神和范围。因此，本发明不受此处所公开的具体实施例的限制，所有落入本申请的权利要求范围内的实施例都属于本发明的保护范围。


技术特征：
1.一种燃料电池电阻负载系统，其特征在于，包括多个并联在一起的电阻模块，每个所述电阻模块包括串联在一起的一个开关和多个电阻单元，所述电阻单元包括多个并联在一起的负载。2.根据权利要求1所述的一种燃料电池电阻负载系统，其特征在于，所述负载为电热管。3.根据权利要求2所述的一种燃料电池电阻负载系统，其特征在于，所述电热管为ac220v，2kw干烧翅片电热管。4.根据权利要求3所述的一种燃料电池电阻负载系统，其特征在于，所述电阻模块数量为12，包括a1、a2
···
a12，所述a1到a3电阻模块内包括5个串联在一起的电阻单元，所述a4到a12电阻模块内包括4个串联在一起的电阻单元，所述a1、a2和a3电阻模块内的电阻单元由4个并联在一起的负载组成，所述a4电阻模块内的电阻单元由3个并联在一起的负载组成，所述a5、a7电阻模块内的电阻单元由6个并联在一起的负载组成，所述a6、a9、a11和a12电阻模块内的电阻单元由7个并联在一起的负载组成，所述a8电阻模块内的电阻单元由8个并联在一起的负载组成，所述a10电阻模块内的电阻单元由9个并联在一起的负载组成。5.根据权利要求1所述的一种燃料电池电阻负载系统，其特征在于，所述开关为接触器。

技术总结
本发明涉及质子交换膜燃料电池领域，具体涉及一种燃料电池电阻负载系统及其串并联方法。包括多个并联在一起的电阻模块，每个所述电阻模块包括串联在一起的一个开关和多个电阻单元，所述电阻单元包括多个并联在一起的负载；将负载进行串并联连接，并进行分组，每组之间采用并联的方式连接，通过开关控制每组负载的通断，来实现总负载大小的调节，进而调节总负载所消耗功率的大小，从而使得负载消耗的功率能够跟随燃料电池工作时功率的变化而变化，从而达到当燃料电池功率小的时候减少能量的浪费，当燃料电池功率大的时候，避免能量过大对电网造成损坏的效果，减少了能量浪费，并提高了电网系统的使用寿命，且成本低廉易行。且成本低廉易行。且成本低廉易行。


技术研发人员：徐洪峰 孙小刚 吴学鹏 荣瑞 张波
受保护的技术使用者：大连一元氢能源科技有限公司
技术研发日：2022.11.28
技术公布日：2023/3/27