燃料电池的性能的发挥除了取决于电堆等核心部件的品质,控制策略也是提升燃料电池系统和关键部件效率的重要途径。
当前国内燃料电池系统控制策略整体处于怎样的水平?如何通过优化控制策略让燃料电池的整体性能和效率得以更好地发挥?本文将从系统控制策略的聚焦点和控制器的发展趋势,来论述当下燃料电池系统控制策略的现状和未来的发展方向。
系统控制策略的侧重点在哪里?
燃料电池系统控制策略内容包括:系统量定义,ALARM和FAULT判定规则,电压巡检处理策略,工作模式(CRM和CDR)策略,阳极氢气循环回路控制策略,阴极空气传输回路控制策略,冷却液传输回路控制策略,电堆冷却液出口温度设定值策略,CAN 通讯协议等多个组成部分。
“燃料电池系统效率提升主要与电堆效率、BOP效率的发挥密切相关。”风氢扬总经理刘军瑞表示,燃料电池系统控制策略的重点在于如何有效地形成配合,减少各级损耗,以达到系统工作的最佳状态。
从电堆效率的发挥作用来看,电堆损失主要为活化极化、欧姆极化、浓差极化、渗透损失。燃料电池始终存在不可逆因素导致的损失,而减少各级损失是提升燃料电池运行效率的关键,电堆自身设计和结构起决定作用。
那么,如何从控制策略端来提升电堆的效率呢?
根据电堆效率的简易计算方法,电堆工作电压比电堆低热值电压再乘以氢气利用率可以得到燃料电池电堆的最高效率。现在电堆最高工作电压一般情况不会超过0.85V,否则对电堆寿命或者耐久性都会产生比较大的影响,电堆低热值电压一般在1.254V,而氢气利用率基本可以实现98%以上,由此可以得出电堆的最高效率大概是66.8%左右。
同样由以上公式也可以得出电堆的最低效率,一般情况下电堆的最低额定工作电压是0.6V,最低效率实际上是47%左右,也就是说,电堆的最高效率和最低效率范围基本确定再47%到66.8%之间,由电堆的效率减去BOP损耗的功率,剩下就是系统输出功率。
“燃料电池系统看起来是个集成的工作,但这种集成不是简单的拼凑,而是需要深刻的认识和丰富的经验积累。”刘军瑞坦言,如果系统厂商本身不生产电堆,能利用好电堆和BOP才能看出这家企业的真本事。
事实上,不管是空压机、氢气循环泵、水泵、风扇等任何一个零部件,都存在一个效率最佳的工作区间,如果想实现整个系统效率的提升,必须让每一个零部件尽量处于高效区工作,这样才能总体上提高燃料电池系统的效率。