2022.03.04
Contrôle de la pression de l'hydrogène dans le système de pile à combustible à hydrogène
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Résumé : Le système d'alimentation en hydrogène est une partie importante du système de pile à combustible, et le contrôle dynamique de la différence de pression entre le côté air et le côté hydrogène est particulièrement important pour la fiabilité de l'ensemble du système de pile à combustible. Cet article se concentrera sur les problèmes existant dans le contrôle de la pression de l'hydrogène du système de pile à combustible à hydrogène, recommandera également l'utilisation d'une vanne de régulation de débit proportionnelle de précision et présentera en détail les caractéristiques et les paramètres techniques de la vanne de régulation de débit proportionnelle.
1.La formulation de la question
En tant qu'élément important du système de pile à combustible, le système d'alimentation en hydrogène collabore avec la pile voltaïque, le système d'alimentation en air, le système de gestion de l'eau et de la chaleur et le système d'alimentation électronique pour assurer un approvisionnement stable en débit et pression d'hydrogène et réaliser le recyclage de l'hydrogène. La structure simplifiée du système d'alimentation en hydrogène des piles à combustible est illustrée à la figure 1-1. Le réservoir de stockage d’hydrogène haute pression est la source d’hydrogène pour le système. L'hydrogène passe à travers le réducteur de pression et la pression est réduite à une plage adaptée au système. Il s'agit généralement de quelques mesures. La soupape d'admission d'hydrogène est utilisée pour contrôler la quantité d'hydrogène entrant dans la pile voltaïque, puis pour contrôler la pression du circuit d'hydrogène de la pile voltaïque. Aujourd'hui, la soupape d'admission d'hydrogène la plus courante est la soupape de commande proportionnelle, la soupape de commutation ou les groupes de soupapes de commutation multiples.
À mesure que l’épaisseur de l’électrode à membrane de la pile à combustible diminue progressivement, sa résistance mécanique diminue en conséquence. Par conséquent, le contrôle dynamique de la pression côté air et côté hydrogène est particulièrement important pour la fiabilité de l’ensemble du système de pile à combustible. L’exigence générale est que la pression du côté hydrogène soit égale ou légèrement supérieure à celle du côté air. Lors du réglage de la pression des deux côtés, assurez-vous que la pression monte et descend en même temps pour réduire les dommages à la membrane protonique. Cependant, dans le système actuel d’alimentation par pile à combustible à hydrogène, le contrôle de la différence de pression entre les deux côtés présente les problèmes suivants :
(1) La vanne de commutation est utilisée pour contrôler l'admission d'hydrogène, ce qui rend les fluctuations dans l'ensemble du circuit d'hydrogène trop importantes et difficiles à contrôler.
(2) Bien que l'électrovanne proportionnelle puisse être utilisée pour un contrôle de pression similaire au mode PID selon une certaine proportion.
Cependant, l'électrovanne proportionnelle entraînera de sérieux problèmes de contrôle instable en raison d'un phénomène d'hystérésis important. Cet article se concentrera sur les problèmes existant dans le contrôle de la pression de l'hydrogène du système de pile à combustible à hydrogène, recommandera également l'utilisation d'une vanne de régulation de débit proportionnelle de précision et présentera en détail les caractéristiques et les paramètres techniques de la vanne de régulation de débit proportionnelle.
2.Vanne de régulation de débit proportionnelle
La vanne de régulation de débit proportionnelle est illustrée à la figure 2-1.
Figure 2-2 indicateurs techniques de la vanne de régulation de débit proportionnelle.
Veuillez visiterhttps://www.genndih.com/fr/valve-de-contrôle-de-débit-proportionnel.htm
2.2. Module d'entraînement
La vanne de régulation de débit proportionnelle est équipée d'un module de circuit d'entraînement de moteur pas à pas pour fournir les signaux de puissance et de contrôle requis, et pour convertir le signal CC en contrôle pas à pas du moteur pas à pas bipolaire, et peut également fournir un contrôle direct de la communication série RS485.
2.3. Caractéristiques
La nouvelle vanne de régulation de débit proportionnelle motorisée à commande numérique pour la régulation proportionnelle du débit combine les avantages de précision et de répétabilité d'un moteur pas à pas avec la linéarité. La résolution est inférieure à 2 % d'hystérésis, 2 % de linéarité, 1 % de répétabilité et 0,2 % de contrôle de débit réglable avec des performances élevées. Il s'agit d'un produit amélioré d'électrovanne proportionnelle couramment utilisée. En combinaison avec divers algorithmes de contrôle PID et contrôleurs de pression, il peut former un dispositif de contrôle de pression d'hydrogène rapide et précis.
La vanne de régulation de débit proportionnelle présente les caractéristiques suivantes :
(1) Zone d'étranglement multi-spécifications : du diamètre à faible débit de 0,9 mm (0 ~ 50 L/min de gaz) à la zone d'étranglement de la vanne à pointeau de diamètre à haut débit de 4,10 mm (0 à 660 L/min de gaz), peut répondre à différents besoins. besoins des applications.
(2) Linéarité élevée : Linéarité inférieure à 2 %. Il simplifie la surface ou la correspondance du matériel et des logiciels de contrôle externes. Cela simplifie également la relation entre l'entrée de commande et la sortie de flux. (3) Répétabilité élevée : en atteignant le même débit de 0,1 % à chaque fois, il peut fournir une cohérence stable à long terme.
(4) Large plage de pression : Avec une pression de 5 ou 7 bars, selon la taille du trou, l’environnement d’entrée peut couvrir une large plage de pression. La rigidité et la puissance du moteur garantissent que la vanne s'ouvre avec la même commande d'entrée, et non avec la même pression.
(5) Faible hystérésis : une hystérésis inférieure à 2 % simplifie l'intégration et la programmation, fournissant un débit constant lors de l'augmentation et de la diminution jusqu'au point de consigne.
(6) Haute résolution : une résolution de 0,2 % permet à la vanne de régulation de débit proportionnelle d'effectuer un réglage du débit minimum en fonction de petits changements dans la commande de réglage, offrant ainsi une excellente contrôlabilité.
(7) Réponse rapide : la durée totale de fonctionnement est inférieure à 1 seconde, ce qui peut permettre une régulation et un contrôle rapides du débit.
1.La formulation de la question
En tant qu'élément important du système de pile à combustible, le système d'alimentation en hydrogène collabore avec la pile voltaïque, le système d'alimentation en air, le système de gestion de l'eau et de la chaleur et le système d'alimentation électronique pour assurer un approvisionnement stable en débit et pression d'hydrogène et réaliser le recyclage de l'hydrogène. La structure simplifiée du système d'alimentation en hydrogène des piles à combustible est illustrée à la figure 1-1. Le réservoir de stockage d’hydrogène haute pression est la source d’hydrogène pour le système. L'hydrogène passe à travers le réducteur de pression et la pression est réduite à une plage adaptée au système. Il s'agit généralement de quelques mesures. La soupape d'admission d'hydrogène est utilisée pour contrôler la quantité d'hydrogène entrant dans la pile voltaïque, puis pour contrôler la pression du circuit d'hydrogène de la pile voltaïque. Aujourd'hui, la soupape d'admission d'hydrogène la plus courante est la soupape de commande proportionnelle, la soupape de commutation ou les groupes de soupapes de commutation multiples.
À mesure que l’épaisseur de l’électrode à membrane de la pile à combustible diminue progressivement, sa résistance mécanique diminue en conséquence. Par conséquent, le contrôle dynamique de la pression côté air et côté hydrogène est particulièrement important pour la fiabilité de l’ensemble du système de pile à combustible. L’exigence générale est que la pression du côté hydrogène soit égale ou légèrement supérieure à celle du côté air. Lors du réglage de la pression des deux côtés, assurez-vous que la pression monte et descend en même temps pour réduire les dommages à la membrane protonique. Cependant, dans le système actuel d’alimentation par pile à combustible à hydrogène, le contrôle de la différence de pression entre les deux côtés présente les problèmes suivants :
(1) La vanne de commutation est utilisée pour contrôler l'admission d'hydrogène, ce qui rend les fluctuations dans l'ensemble du circuit d'hydrogène trop importantes et difficiles à contrôler.
(2) Bien que l'électrovanne proportionnelle puisse être utilisée pour un contrôle de pression similaire au mode PID selon une certaine proportion.
Cependant, l'électrovanne proportionnelle entraînera de sérieux problèmes de contrôle instable en raison d'un phénomène d'hystérésis important. Cet article se concentrera sur les problèmes existant dans le contrôle de la pression de l'hydrogène du système de pile à combustible à hydrogène, recommandera également l'utilisation d'une vanne de régulation de débit proportionnelle de précision et présentera en détail les caractéristiques et les paramètres techniques de la vanne de régulation de débit proportionnelle.
2.Vanne de régulation de débit proportionnelle
La vanne de régulation de débit proportionnelle est illustrée à la figure 2-1.
| Modèle | FC-20 | FC-120 | FC-300 | FC-1000 |
| Type de vanne | Vanne à pointeau proportionnelle | |||
| Diamètre de dérive de la bobine | 0,9 mm | 2,25 mm | 2,75 mm | 4,10 mm |
| Actionneur | Commande de moteur pas à pas bipolaire | |||
| Temps de réponse | 0,8 seconde (ouvrir pour fermer) | |||
| Taille standard | G1/8” | G3/8” | ||
| Fluide | Gaz et liquide inertes | |||
| Matériaux de contact | Acier inoxydable | |||
| Plage de pression | -1 ~ 7 bars | -1 ~ 5 bars | ||
| Débit maximal | 50L/min à 7 bars | 240 L/min à 7 bars | 290 L/min à 7 bars | 600L/min à 7 bars |
| Linéarité | ±2% | ±0,1 ~ 1 % | ±0,2 ~ 5 % | ±11% |
| Répétabilité (Grandeur nature) |
±0,1% | |||
| Résolution du débit (longueur du pas) | 0,1 L/min | 0,1 ~ 0,2 L/min | 0,2 ~ 0,75 L/min | 1L/min |
| Résolution de décalage (longueur de pas) | 12,7um | 25,4um | ||
| Plage de température de fonctionnement | 0 ~ 84ºC | |||
| Joint | FKM standard ou autres choix de joints | |||
| Signal de contrôle | CC : 0 ~ 10 V (ou 4 ~ 20 mA) | |||
| Source de courant | C.C : 24 V (12 W) | |||
Figure 2-2 indicateurs techniques de la vanne de régulation de débit proportionnelle.
Veuillez visiterhttps://www.genndih.com/fr/valve-de-contrôle-de-débit-proportionnel.htm
2.2. Module d'entraînement
La vanne de régulation de débit proportionnelle est équipée d'un module de circuit d'entraînement de moteur pas à pas pour fournir les signaux de puissance et de contrôle requis, et pour convertir le signal CC en contrôle pas à pas du moteur pas à pas bipolaire, et peut également fournir un contrôle direct de la communication série RS485.
2.3. Caractéristiques
La nouvelle vanne de régulation de débit proportionnelle motorisée à commande numérique pour la régulation proportionnelle du débit combine les avantages de précision et de répétabilité d'un moteur pas à pas avec la linéarité. La résolution est inférieure à 2 % d'hystérésis, 2 % de linéarité, 1 % de répétabilité et 0,2 % de contrôle de débit réglable avec des performances élevées. Il s'agit d'un produit amélioré d'électrovanne proportionnelle couramment utilisée. En combinaison avec divers algorithmes de contrôle PID et contrôleurs de pression, il peut former un dispositif de contrôle de pression d'hydrogène rapide et précis.
La vanne de régulation de débit proportionnelle présente les caractéristiques suivantes :
(1) Zone d'étranglement multi-spécifications : du diamètre à faible débit de 0,9 mm (0 ~ 50 L/min de gaz) à la zone d'étranglement de la vanne à pointeau de diamètre à haut débit de 4,10 mm (0 à 660 L/min de gaz), peut répondre à différents besoins. besoins des applications.
(2) Linéarité élevée : Linéarité inférieure à 2 %. Il simplifie la surface ou la correspondance du matériel et des logiciels de contrôle externes. Cela simplifie également la relation entre l'entrée de commande et la sortie de flux. (3) Répétabilité élevée : en atteignant le même débit de 0,1 % à chaque fois, il peut fournir une cohérence stable à long terme.
(4) Large plage de pression : Avec une pression de 5 ou 7 bars, selon la taille du trou, l’environnement d’entrée peut couvrir une large plage de pression. La rigidité et la puissance du moteur garantissent que la vanne s'ouvre avec la même commande d'entrée, et non avec la même pression.
(5) Faible hystérésis : une hystérésis inférieure à 2 % simplifie l'intégration et la programmation, fournissant un débit constant lors de l'augmentation et de la diminution jusqu'au point de consigne.
(6) Haute résolution : une résolution de 0,2 % permet à la vanne de régulation de débit proportionnelle d'effectuer un réglage du débit minimum en fonction de petits changements dans la commande de réglage, offrant ainsi une excellente contrôlabilité.
(7) Réponse rapide : la durée totale de fonctionnement est inférieure à 1 seconde, ce qui peut permettre une régulation et un contrôle rapides du débit.