PEM电解堆测试平台循环水温度控制系统的制作方法

pem电解堆测试平台循环水温度控制系统
技术领域
1.本发明涉及pem电解堆测试平台技术领域，更具体地说，涉及一种pem电解堆测试平台循环水温度控制系统。

背景技术：

2.氢气在其阳极分解为带正电的氢离子，释放出带负电的电子，氢离子穿过pem质子膜到达阴极，以实现氢氧分离。目前，pem电解堆在工作状态时会释放大量热，需及时向外界消散，以使pem电解堆的工作温度处于较为合理的温度区间(如：45℃-58℃)。然而，pem电解堆的进水温度在较低或较高的温度时，pem电解堆的电阻增加，使得电压对应升高，长时间运行在高温或低温状态时，导致pem电解堆的电解效率低下。
3.因此，如何将pem电解堆的循环水维持在稳定温度下运行成为本领域技术人员亟需解决的技术问题。

技术实现要素：

4.本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述，pem电解堆的进水温度在较低或较高的温度时，pem电解堆的电阻增加，使得电压对应升高，长时间运行在高温或低温状态时，导致pem电解堆的电解效率低下的缺陷，提供一种pem电解堆测试平台循环水温度控制系统。
5.本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种pem电解堆测试平台循环水温度控制系统，其特征在于，包括如下步骤：
6.s101、设定测试系统循环水的目标水温；
7.s102、启动测试系统，控制pem电解堆电解制氢；
8.s103、当循环水温度低于所述目标水温时，测试系统进行加热；
9.s104、当测试系统加热，且水温接近目标水温时，测试系统对加热元件进行pid控制；
10.s105、所述测试系统控制加热元件加热及pem电解堆运行制氢产生热量，循环水温度高于目标水温，循环水冷却系统启动；
11.s106、当所述测试系统冷却，且水温接近所述目标水温时，测试系统对进入循环水冷却系统的冷却水流量进行pid控制，通过电动流量阀控制冷却水流量，实时调节电动流量阀门开度大小；
12.s107、经所述测试系统的加热/冷却的持续交替，以维持循环水温度稳定在目标值。
13.在一些实施方式中，在步骤s101中，所述循环水的目标水温范围设置在45℃-55℃。
14.在一些实施方式中，在步骤s103中，当所述循环水温度低于所述目标水温时，测试系统进行加热，冷却系统此时处于关闭状态。
15.在一些实施方式中，在步骤s104中，当测试系统加热，水温接近所述目标水温时，测试系统对所述加热元件进行pid控制，通过固态继电器控制所述加热元件的启/闭状态。
16.在一些实施方式中，在步骤s105中，所述冷却系统至少包括冷水回路、板式换热器及循环水回路组成，
17.所述冷水回路和循环水回路分别采用独立进入板式换热器，在所述板式换热器内部进行冷热交换。
18.在一些实施方式中，在步骤s106中，当测试系统冷却，水温接近所述目标水温时，测试系统对进入所述板式换热器的冷却水流量进行pid控制，通过所述电动流量阀控制冷却水流量，进而实时调节电动流量阀门开度大小。
19.在本发明所述的pem电解堆测试平台循环水温度控制系统中，通过在测试系统中设置循环水水温的目标水温，并实时检测循环水水温的温度值，再将循环水水温的温度值与目标水温进行比对，再根据结果对循环水进行加热或冷却，以维持循环水温度稳定在目标值，使得pem电解堆的循环水可维持在较为稳定的温度范围内，以提高pem电解堆的电解转换效率，以保证pem电解堆运行的稳定性及可靠性。
附图说明
20.下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：
21.图1是本发明提供pem电解堆测试平台循环水温度控制系统的一实施例步骤流程图；
22.图2是本发明提供pem电解堆测试平台循环水温度控制系统一实施例闭环控制示意图。
具体实施方式
23.为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明本发明的具体实施方式。
24.如图1-图2所示，在本发明的pem电解堆测试平台循环水温度控制系统的第一实施例中，pem电解堆测试平台循环水温度控制系统包括如下步骤：
25.s101、设定测试系统通入pem电解堆的循环水的目标水温；
26.s102、启动测试系统，控制pem电解堆电解制氢；
27.s103、当循环水温度低于所述目标水温时，测试系统进行加热；
28.s104、当测试系统加热，且水温接近目标水温时，测试系统对加热元件进行pid控制；
29.s105、随着测试系统控制加热元件加热，及pem电解堆运行制氢产生热量，使得循环水的回水温度逐渐高于目标水温，此时，循环水冷却系统启动，通过冷却系统对循环水温进行热交换，以降低循环水的温度；
30.s106、当所述测试系统冷却，且水温接近所述目标水温时，所述测试系统对进入循环水冷却系统的冷却水流量进行pid控制，通过电动流量阀控制冷却水流量，实时调节电动流量阀门开度大小；
31.其中，pid控制是控制工程中的反馈是一种控制，其通过输出值与目标值来控制输
入值，则之间的偏差积分。
32.s107、经所述测试系统的加热/冷却的持续交替，以维持循环水温度稳定在目标值，确保pem电解堆在比较佳水温运行产氢。
33.举例而言，pem电解堆(如：10m3/h)运行在额定电流/电压的情形下；
34.当循环水的水温在20℃-40℃的范围时，pem电解堆的产氢量预计8m3/h；
35.当循环水的水温在45℃-55℃的范围时，pem电解堆的产氢量预计10m3/h；
36.当循环水的水温大于65℃时，pem电解堆的产氢量预计9.5m3/h，虽然循环水温大于比较佳水温状态时，其产氢效果仅略低于运行在佳水温状态的产氢效果，但是在长时间运行时，可能会影响pem电解堆的使用寿命(如：质子膜被击穿)。
37.使用本技术方案，通过在测试系统中设置循环水水温的目标水温，并实时检测循环水水温的温度值，再将循环水水温的温度值与目标水温进行比对，再根据结果对循环水进行加热或冷却，以维持循环水温度稳定在目标值，使得pem电解堆的循环水可维持在较为稳定的温度范围内，以提高pem电解堆的电解转换效率，以保证pem电解堆运行的稳定性及可靠性。
38.在一些实施方式中，如图2所示，在步骤s101中，循环水的目标水温范围设置在45℃-55℃，通常循环水的初始温度范围在20℃-30℃之间。
39.在一些实施方式中，在步骤s103中，当所述循环水温度低于所述目标水温时，测试系统进行加热，冷却系统此时处于关闭状态。
40.在一些实施方式中，在步骤s104中，当测试系统加热，水温接近所述目标水温时，测试系统对所述加热元件进行pid控制，通过固态继电器控制所述加热元件的启/闭状态。
41.具体而言，在plc控制器用于接收温度传感器及冷水阀开度反馈检测的目标水温温度值，并根据反馈的目标水温温度值进行pid控制，当目标水温温度值低于目标水温范围时，其通过控制固态继电器导通，进而控制加热元件对循环水进行加热；
42.当目标水温温度值高于目标水温范围时，plc控制器通过控制冷却水流量控制阀导通，进而控制板式换热器对循环水进行冷却，以保证循环水的温度维持在目标水温范围内。
43.在一些实施方式中，在步骤s105中，所述冷却系统至少包括冷水回路、板式换热器及循环水回路组成，
44.所述冷水回路和循环水回路分别采用独立进入板式换热器，在所述板式换热器内部进行冷热交换。
45.在一些实施方式中，在步骤s106中，当测试系统冷却，水温接近所述目标水温时，测试系统对进入所述板式换热器的冷却水流量进行pid控制，通过所述电动流量阀控制冷却水流量，进而实时调节电动流量阀门开度大小。
46.上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。

技术特征：

1.一种pem电解堆测试平台循环水温度控制系统，其特征在于，包括如下步骤：s101、设定测试系统循环水的目标水温；s102、启动所述测试系统，控制pem电解堆电解制氢；s103、当循环水温度低于所述目标水温时，所述测试系统进行加热；s104、当所述测试系统加热，且水温接近目标水温时，所述测试系统对加热元件进行pid控制；s105、所述测试系统控制加热元件加热及pem电解堆运行制氢产生热量，所述循环水温度高于所述目标水温，循环水冷却系统启动；s106、当所述测试系统冷却，且水温接近所述目标水温时，所述测试系统对进入循环水冷却系统的冷却水流量进行pid控制，通过电动流量阀控制冷却水流量，实时调节电动流量阀门开度大小；s107、经所述测试系统的加热/冷却的持续交替，以维持循环水温度稳定在目标值。2.根据权利要求1所述的pem电解堆测试平台循环水温度控制系统，其特征在于，在步骤s101中，所述循环水的目标水温范围设置在45℃-55℃。3.根据权利要求1所述的pem电解堆测试平台循环水温度控制系统，其特征在于，在步骤s103中，当所述循环水温度低于所述目标水温时，测试系统进行加热，冷却系统此时处于关闭状态。4.根据权利要求1所述的pem电解堆测试平台循环水温度控制系统，其特征在于，在步骤s104中，当测试系统加热，水温接近所述目标水温时，测试系统对所述加热元件进行pid控制，通过固态继电器控制所述加热元件的启/闭状态。5.根据权利要求1所述的pem电解堆测试平台循环水温度控制系统，其特征在于，在步骤s105中，所述冷却系统至少包括冷水回路、板式换热器及循环水回路组成，所述冷水回路和循环水回路分别采用独立进入板式换热器，在所述板式换热器内部进行冷热交换。6.根据权利要求5所述的pem电解堆测试平台循环水温度控制系统，其特征在于，在步骤s106中，当测试系统冷却，水温接近所述目标水温时，测试系统对进入所述板式换热器的冷却水流量进行pid控制，通过所述电动流量阀控制冷却水流量，进而实时调节电动流量阀门开度大小。

技术总结

本发明涉及PEM电解堆测试平台技术领域，公开了一种循环水温度维持较为稳定的PEM电解堆测试平台循环水温度控制系统，包括如下步骤：S101、设定测试系统循环水的目标水温；S102、启动测试系统；S103、当循环水温度低于目标水温时，测试系统进行加热；S104、当测试系统加热，且水温接近目标水温时，测试系统对加热元件进行PID控制；S105、测试系统控制加热元件加热及PEM电解堆运行制氢产生热量，循环水温度逐渐高于目标水温，循环水冷却系统启动；S106、当水温接近目标水温时，测试系统对进入循环水冷却系统的冷却水流量进行PID控制，实时调节电动流量阀门开度大小；S107、经测试系统的加热/冷却的持续交替，以维持循环水温度稳定在目标值。稳定在目标值。稳定在目标值。

技术研发人员：

何先成 钟沛荣 余瑞兴 吴伟 陈合金

受保护的技术使用者：

广东卡沃罗氢科技有限公司

技术研发日：

2022.12.09

技术公布日：

2023/3/24