特許ウォッチ

公開番号2025119602
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-08-14
出願番号2025013188
出願日2025-01-29
発明の名称水素燃料電池システムのテストプラットフォームの放熱能力の評価装置及び方法
出願人中汽研新能源汽車検験中心(天津)有限公司,CATARC New Energy Vehicle Test Center (Tianjin) Co.,Ltd.,中国汽車技術研究中心有限公司
代理人弁理士法人コスモス国際特許商標事務所
主分類H01M 8/04 20160101AFI20250806BHJP(基本的電気素子)
要約【課題】開発サイクルを大幅に短縮、開発コストを低減に資する水素燃料電池システムのテストプラットフォームの放熱能力の評価装置及び方法を提供する。
【解決手段】主放熱又は補助放熱の水回路に複数のPTCヒータ8を並列又は直列に接続することによって、異なる発熱パワーの燃料電池システムを模擬し、水ポンプ7の回転速度及びPTC8の動作の有無を制御することを採用して、定常状態、動的及び総合的な運転状態のテストを実現し、実機テスト制御の陰陽極湿度、圧力、流量などの複数のパラメータを回避する。PTC8は迅速に応答することができ、燃料電池実機に比べて、燃料電池システムのテストプラットフォーム1の放熱能力をより良好にテストすることができる。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
水素燃料電池システムのテストプラットフォームの放熱能力の評価装置であって、
燃料電池システムのテストプラットフォーム及び模擬発熱装置を含み、
前記燃料電池システムのテストプラットフォームは、燃料電池システムの主テストプラットフォーム（１）、主放熱システム入水口（２）、主放熱システム出水口（３）、補助放熱システム出水口（４）、補助放熱システム入水口（５）を含み、
前記模擬発熱装置は、液体伝送管路（６）、水ポンプ（７）、ＰＴＣヒータ（８）、リレー電源（９）、スイッチ（１０）、電気信号伝送線（１１）、電磁リレー（１２）、ＰＴＣ電源（１３）、膨張タンク（１４）を含み、
主放熱の放熱能力テストを実行する場合には、
冷却媒体は水ポンプ７によって液体伝送管路（６）を介してＰＴＣヒータ（８）に供給されて加熱され、加熱された冷却媒体は液体伝送管路（６）を介して燃料電池システムのテストプラットフォームの主放熱システム入水口（２）に伝送され、燃料電池システムの主テストプラットフォーム（１）の主放熱システムによって放熱され、主放熱水路において、膨張タンク（１４）の分岐水路を介して水路のガス排出及び水位の早期警戒を行うこと、を含み、
補助放熱の放熱能力テストを実行する場合には、
冷却媒体は、燃料電池システムの主テストプラットフォーム（１）の内蔵水ポンプにより液体伝送管路（６）を介してＰＴＣヒータ（８）に供給されて加熱され、加熱された冷却媒体は液体伝送管路（６）を介して補助放熱システム入水口（５）に移送され、燃料電池システム主テストプラットフォーム（１）の補助放熱システムにより放熱されること、を含み、
主放熱能力テストと補助放熱能力テストを実行するＰＴＣヒータ（８）は、ＰＴＣ給電電源（１３）によって給電し、
前記ＰＴＣヒータ（８）、ＰＴＣ給電電源（１３）及び電磁リレー（１２）は直列に接続され、
前記スイッチ（１０）は、電磁リレー（１２）のオンオフを制御し、ＰＴＣヒータ（８）が作動するか否か、冷却媒体を加熱するか否かを決定し、
ＰＴＣヒータ（８）の毎には、スイッチ（１０）と電磁リレー（１２）とが設けられており、ＰＴＣヒータ（８）を独立に制御し、
複数のＰＴＣヒータを直列または並列に接続して、異なる発熱パワーの燃料電池システムを模擬し、複数のＰＴＣヒータ（８）の動作状態をスイッチ制御することにより、燃料電池システムの低、中、高パワー動作状態および小、中、大変荷重振幅の動作状態を模擬する、
ことを特徴とする水素燃料電池システムのテストプラットフォームの放熱能力の評価装置。
続きを表示（約 3,600 文字）【請求項２】
水素燃料電池システムのテストプラットフォームの放熱能力の評価方法であって、
その評価方法は、請求項１に記載の水素燃料電池システムのテストプラットフォームの放熱能力の評価装置に適用され、
燃料電池システムが定格パワー及び定格パワーで動作する時の実際の冷却媒体流量に基づいて、ＰＴＣヒータ仕様、ＰＴＣヒータの総個数及び水ポンプ仕様を決定することと、
水ポンプの実機動作の最低回転数及び所定の定格回転数を限界として、水ポンプを回転数の段階付けを行い、段数はＰＴＣヒータの総個数に等しく、異なるＰＴＣオン数での対応する水ポンプ回転数を取得することと、
ＰＴＣヒータのターンオンの総数に応じて、低、中、高パワーで対応するＰＴＣヒータのオンの数及び小、中、大の可変荷重幅で対応するＰＴＣヒータのステップ数を決定することと、
燃料電池システムに対して定常状態テストと動的状態テストを行い、燃料電池システムのテストプラットフォームの異なる放熱能力を取得することと、
を含む、
ことを特徴とする水素燃料電池システムのテストプラットフォームの放熱能力の評価方法。
【請求項３】
前記燃料電池システムが定格パワー及び定格パワーで動作する時の実際の冷却媒体流量に基づいて、ＰＴＣヒータ仕様、ＰＴＣヒータの総個数及び水ポンプ仕様を決定することは、
燃料電池システムの定格パワーに基づいて、ＰＴＣヒータ仕様及びＰＴＣヒータの総個数を決定することと、
燃料電池システムが定格パワーで動作しているときの実際の冷却媒体流量に基づいて、水ポンプの仕様を決定することと、
をさらに含む、
ことを特徴とする請求項２に記載の水素燃料電池システムのテストプラットフォームの放熱能力の評価方法。
【請求項４】
前記燃料電池システムの定格パワーに基づいて、ＰＴＣヒータ仕様及びＰＴＣヒータの総個数を決定することは、
燃料電池システムの定格パワーを取得し、ＰＴＣヒータの複数の参考仕様を取得することと、をさらに含み、
Ｎ個の第一仕様の第一のＰＴＣヒータを採用し、第一のＰＴＣヒータの発熱パワーはＭであり、
Ｎ＊Ｍの値が燃料電池システムの定格パワー以上であり、
前記燃料電池システムが定格パワーで動作しているときの実際の冷却媒体流量に基づいて、水ポンプの仕様を決定することは、
前記燃料電池システムの定格パワー及び出入口温度差が予め設定された温度差値であるときの流量範囲を取得し、参考仕様のポンプから第二仕様のポンプを選択することと、をさらに含み、
前記第二仕様の水ポンプの定格流量は、燃料電池システムの定格パワーであって、出入口温度差が予め設定された温度差である場合の流量範囲の最小値と最大値との中間にある、
ことを特徴とする請求項３に記載の水素燃料電池システムのテストプラットフォームの放熱能力の評価方法。
【請求項５】
前記水ポンプの実機動作の最低回転数及び所定の定格回転数を限界として、水ポンプを回転数の段階付けを行い、段数はＰＴＣヒータの総個数に等しく、異なるＰＴＣオン数での対応する水ポンプ回転数を取得することは、
前記水ポンプの所定の最低回転数Ａ及び所定の定格回転数Ｂに応じて、前記水ポンプの架台上の実際の回転数がｐ＊Ａ以上且つＢ未満で安定した流量を供給できるように設定し、ｐは１以上の実数であることと、
前記ポンプの実際の回転数の範囲内で回転数の段階付けを行い、段数が前記ＰＴＣヒータの総数に等しく、異なるＰＴＣヒータのオン数での対応するポンプ回転数を得ることと、をさらに含む、
ことを特徴とする請求項２に記載の水素燃料電池システムのテストプラットフォームの放熱能力の評価方法。
【請求項６】
前記燃料電池システムに対して定常状態テストと動的状態テストを行い、燃料電池システムのテストプラットフォームの異なる放熱能力を取得することは、
前記燃料電池システムに対して定常状態テストを実行し、異なる燃料電池システムのテストプラットフォームの第一放熱能力を取得することと、
前記燃料電池システムに対して動的状態テストを実行し、異なる燃料電池システムテストプラットフォームの第二放熱能力を取得することと、をさらに含む、
ことを特徴とする請求項２に記載の水素燃料電池システムのテストプラットフォームの放熱能力の評価方法。
【請求項７】
前記燃料電池システムに対して定常状態テストを実行し、異なる燃料電池システムのテストプラットフォームの第一放熱能力を取得することは、
前記燃料電池システムに低、中、高パワー動作状態の３つのレベルのテストを実行することと、
異なるパワー動作状態の定常状態テストに対して、冷却媒体はまず決定温度に予め設定された時間を保持し、その後ＰＴＣヒータのオン数量、水ポンプの回転速度及び温度制御目標を同時に設定し、前記燃料電池システムの第一テスト時間を運転することと、
テストが終了した後、制御温度データを利用して、オーバーシュートδ、立ち上がり時間ｔ
a
及び調整時間ｔ
ｂ
によって異なる燃料電池システムテストプラットフォームの放熱レベルを評価し、異なる燃料電池システムテストプラットフォームの第一放熱能力を取得することと、をさらに含み、
ここで、オーバーシュート量δ、立ち上がり時間ｔ
a
および調整時間ｔ
ｂ
の具体的表示は以下の通りであり、
オーバーシュート量：
TIFF
2025119602000008.tif
10
167
ここで、Ｔ
ｍax
は測温段階の最高温度℃であり、Ｔ
∞
はテスト終了時に近づく温度値℃であり、
立ち上がり時間ｔ
a
：制御開始から最初に設定値に到達するまでに要する時間秒である。
調整時間ｔ
ｂ
：制御開始から許容誤差温度帯に到達するのに要する時間秒である、
ことを特徴とする請求項６に記載の水素燃料電池システムのテストプラットフォームの放熱能力の評価方法。
【請求項８】
前記燃料電池システムに対して動的状態テストを実行し、異なる燃料電池システムテストプラットフォームの第二放熱能力を取得することは、
前記燃料電池システムに小、中、大の変負荷動作状態及び総合動作状態テストを実行し、そのうち総合テスト動作状態のパワー変化規則はユーザの要求に応じて自ら設定することができることと、
異なる可変負荷動作モードの動的状態テストに対して、冷却媒体は設定温度に予め設定された時間を保持し、同時に、ＰＴＣヒータのオン数量及び対応する水ポンプの回転速度をテスト動作モードの最小値に設置することと、
ＰＴＣヒータのステップ数に応じてＰＴＣヒータのオン数及び対応する水ポンプの回転数をテスト動作モードの最大値に設定して、前記燃料電池システムが第二テスト時間を実行した後、ＰＴＣヒータのオン数及び対応する水ポンプの回転数をテスト動作モードの最小値に調整して第三テスト時間を実行し、予め設定された回数をサイクルしてテストを終了することと、
制御された温度データを利用して、最大変動量ΔＴ及び目標温度からの離散度Ｓによって異なる燃料電池システムのテストプラットフォームの放熱レベルを評価し、異なる燃料電池システムのテストプラットフォームの第二放熱能力を取得することと、をさらに含み、
ここで、最大変動量ΔＴと目標温度からの離散度Ｓの具体的表示は以下の通りであり、
最大変動量：
TIFF
2025119602000009.tif
6
167
ここで、Ｔ
ｍａｘ
は測温段階の最大温度℃であり、Ｔ
ｓｅｔ
は設定された目標温度値℃であり、
目標温度からの離散度：
TIFF
2025119602000010.tif
15
167
ここで、Ｔはサンプリング点毎のリアルタイム温度℃であり、Ｔ
ｓｅｔ
は設定された目標温度値℃であり、ｎはサンプリング個数である、
ことを特徴とする請求項６に記載の水素燃料電池システムのテストプラットフォームの放熱能力の評価方法。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本出願は燃料電池の分野に属し、特に水素燃料電池システムのテストプラットフォームの放熱能力の評価装置及び方法に関する。
続きを表示（約 3,200 文字）【背景技術】
【０００２】
燃料電池は、燃料の多様化、低騒音、低環境汚染、優れた保全性および高い信頼性などの利点から、２１世紀の新しい環境にやさしく効率的な発電技術の一つと考えられている。燃料電池は、車両、潜水艦、航空機等の機械にエンジンとして適用することができる。燃料電池システムのテストプラットフォームは燃料電池システムの開発の基礎であり、燃料電池システムの異なる動作状態における出力性能をテストすることができ、それにより部品性能をテストし、電池寿命を評価し、制御方法を検証するなどのために用いられ、開発サイクルを大幅に短縮し、開発コストを低減する。
【０００３】
燃料電池システムのテストプラットフォームの重要な機能は、温度を制御するためにエンジンを放熱することである。テストプラットフォームの開発過程において、その放熱能力を評価する必要があり、燃料エンジンを直接用いて実験テストを行うと、燃料を供給して電気と熱を発生させる必要があり、コストが高く、またテストプラットフォームの開発初期において、このような実機テストには一定のリスクがある。したがって、異なる運転条件での燃料電池システムの熱発生をシミュレートし、燃料電池システムのテストプラットフォームの放熱能力をテストするための装置を設計する必要がある。運転条件の設置が簡単で便利で、シミュレーション効果がよく、かつ拡張性が強いことは燃料電池システムのテストプラットフォームの放熱能力の評価装置の重要な指標である。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明の第一の態様によれば、本発明は、水素燃料電池システムのテストプラットフォームの放熱能力の評価装置の保護を請求し、
燃料電池システムのテストプラットフォーム及び模擬発熱装置を含み、
前記燃料電池システムのテストプラットフォームは、燃料電池システムの主テストプラットフォーム１、主放熱システム入水口２、主放熱システム出水口３、補助放熱システム出水口４、補助放熱システム入水口５を含み、
前記模擬発熱装置は、液体伝送管路６、水ポンプ７、ＰＴＣヒータ８、リレー電源９、スイッチ１０、電気信号伝送線１１、電磁リレー１２、ＰＴＣ電源１３、膨張タンク１４を含み、
前記放熱能力の評価装置は、主放熱能力テストと補助放熱能力テストを実行する、
ことを特徴とする。
【０００５】
本発明は、燃料電池のテスト分野に属し、具体的に、水素燃料電池システムのテストプラットフォームの放熱能力の評価装置及び方法に関し、主放熱又は補助放熱の水回路に複数のＰＴＣを並列又は直列に接続することによって、異なる発熱パワーの燃料電池システムを模擬し、水ポンプの回転速度及びＰＴＣの動作の有無を制御することを採用して、定常状態、動的及び総合的な運転状態のテストを実現し、実機テスト制御の陰陽極湿度、圧力、流量などの複数のパラメータを回避する。ＰＴＣは迅速に応答することができ、燃料電池実機に比べて、燃料電池システムのテストプラットフォームの放熱能力をより良好にテストすることができる。装置の動作中、酸素、水素などの反応ガスを供給する必要がなく、テストの安全性を保証し、主放熱及び補助放熱のテストに対して、分離して単独又は並行してテストすることができ、実機補助放熱をテストする時、主放熱をオンにしなければならなくて、資源の浪費を引き起こすことを回避する。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
図１は、本発明の実施例に係る水素燃料電池システムのテストプラットフォームの放熱能力の評価装置の構成を示す図である。
図２は、本発明の実施例に係る水素燃料電池システムのテストプラットフォームの放熱能力の評価方法の動作フローチャートである。
図３は、本発明の実施例に係る水素燃料電池システムのテストプラットフォームの放熱能力の評価方法の第２の動作フロー図である。
図４は、本発明の実施例に係る水素燃料電池システムのテストプラットフォームの放熱能力の評価方法の第３の動作フロー図である。
図５は、本発明の実施例に係る水素燃料電池システムのテストプラットフォームの放熱能力の評価方法の総合テストのパワー変化を示す図である。
図６は、本発明の実施例に係る水素燃料電池システムのテストプラットフォームの放熱能力評価方法の補助放熱能力のテストフロー図である。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
本発明の第１の実施形態によれば、図１を参照すると、本発明は、水素燃料電池システムのテストプラットフォームの放熱能力の評価装置の保護を請求し、
燃料電池システムのテストプラットフォーム及び模擬発熱装置を含み、
前記燃料電池システムのテストプラットフォームは、燃料電池システムの主テストプラットフォーム１、主放熱システム入水口２、主放熱システム出水口３、補助放熱システム出水口４、補助放熱システム入水口５を含み、
前記模擬発熱装置は、液体伝送管路６、水ポンプ７、ＰＴＣヒータ８、リレー電源９、スイッチ１０、電気信号伝送線１１、電磁リレー１２、ＰＴＣ給電電源１３、膨張タンク１４を含み、
前記放熱能力の評価装置は、主放熱能力テストと補助放熱能力テストを実行する。
【０００８】
さらに、主放熱の放熱能力テストを実行する場合には、
冷却媒体は水ポンプ７によって液体伝送管路６を介してＰＴＣヒータ８に供給されて加熱され、加熱された冷却媒体は液体伝送管路６を介して燃料電池システムのテストプラットフォームの主放熱システム入水口２に伝送され、燃料電池システムの主テストプラットフォーム１の主放熱システムによって放熱され、主放熱水路において、膨張タンク１４の分岐水路を介して水路のガス排出及び水位の早期警戒を行うこと、を含み、
補助放熱の放熱能力テストを実行する場合には、
冷却媒体は、燃料電池システムの主テストプラットフォーム１の内蔵水ポンプにより液体伝送管路６を介してＰＴＣヒータ８に供給されて加熱され、加熱された冷却媒体は液体伝送管路６を介して補助放熱システム入水口５に移送され、燃料電池システム主テストプラットフォーム１の補助放熱システムにより放熱されること、を含む。
【０００９】
さらに、
主放熱能力テストと補助放熱能力テストを実行するＰＴＣヒータ８は、ＰＴＣ給電電源１３によって給電し、
ＰＴＣヒータ８、ＰＴＣ給電電源１３及び電磁リレー１２は直列に接続され、
スイッチ１０は、電磁リレー１２のオンオフを制御し、ＰＴＣヒータ８が作動するか否か、冷却媒体を加熱するか否かを決定し、
ＰＴＣヒータ８の毎には、スイッチ１０と電磁リレー１２とが設けられており、ＰＴＣヒータ８を独立に制御し、
複数のＰＴＣヒータを直列または並列に接続して、異なる発熱パワーの燃料電池システムを模擬し、複数のＰＴＣヒータ８の動作状態をスイッチ制御することにより、燃料電池システムの低、中、高パワー動作状態および小、中、大変荷重振幅の動作状態を模擬すること、を含む。
【００１０】
ここで、この実施例では、主放熱または補助放熱の水回路において、複数のＰＴＣヒータ（図１に破線のパターンで示す）を直列または並列に接続することにより、異なる発熱パワーの燃料電池システムを模擬することができ、ある数のＰＴＣの動作状態をスイッチ制御することにより、燃料電池システムの低、中、高パワーの動作状態と、小、中、大変荷重振幅の動作状態を模擬することができる。
（【００１１】以降は省略されています）

関連特許