一种应用于水电解的自适应电力输入管理控制方法

本发明属于水电解制氢电力输入管理控制领域，具体涉及一种应用于水电解的自适应电力输入管理控制方法。

背景技术：

1、水电解制氢是一种较为方便的制取氢气的方法。在充满电解液的电解槽中通入直流电，水分子在电极上发生电化学反应，分解成氢气和氧气。

2、其中电解槽由单个或者多个膜电极(膜电极)串联组成，电解时，每一片串联的膜电极通过的电流是相同的，电解槽所能承受的适当的电解电压由电解槽所串联的膜电极数量决定，电解槽所能承受的电解电流由单片膜电极的有效电解面积决定。通过改变电解槽内膜电极的串联数量可以改变电解槽的额定电解电压，通过改变电解槽内膜电极的有效电解面积可以改变电解槽的额定电解电流。

3、在实际应用中，人们需要根据电解槽的不同电压电流需求提供准确的电解电力供应，如果提供电压或电流不足会导致电解槽电解能力受限，无法产生所需的氢气产量，如果所提供的电压或电流超出电解槽承受范围，则会导致膜电极击穿、损坏无法使用。

4、为了实现能源利用的最优方案，使制氢成本最低，制氢的电力来源往往希望取自一些无法并网价格低廉的发电渠道，例如风电和太阳能，而这此类发电装置由于电能来源不稳定，导致其所提供的电压和电流有一定的波动性，需要通过电压转换装置dc-dc将电能转换为适合用电器使用的稳定的电压电流状态。而电压转换装置的转换效率受到电压跨度的影响，即输入电压与输出电压越接近转换效率越高，目前常规的dc-dc模块在输入输出电压一致的前提下通常也只有90％左右的转换效率，对于某些应用场景转换效率最低会达到70％以下，对于大规模工业应用来说这样的电能损耗是十分可观的。

技术实现思路

1、为了解决现有技术中存在的技术问题，本发明提供了一种应用于水电解的自适应电力输入管理控制方法。

2、为了解决上述技术问题，本发明的技术方案具体如下：

3、一种应用于水电解的自适应电力输入管理控制方法，该方法适用的水电解装置包括：电压检测单元，电流检测单元，电力开关组件，多个电解槽，核心控制器；所述电压检测单元用来检测外部接入的供电电压值；所述电流检测单元用来采集所述电解槽的电解电流值；所述电力开关组件用来控制电解槽的工作状态；所述核心控制器用来控制电力开关组件工作；

4、包括以下步骤：

5、步骤1：由电压检测单元读取外部接入的供电电压值；

6、步骤2：核心控制器根据供电电压值，利用电力开关组件将尽可能多的电解槽切换至电解状态；

7、步骤3：在电解开始后，由电流检测单元采集电解电流值；

8、如果所有电解槽均工作在合理的电流范围以内，则返回步骤1；

9、如果有电解槽工作在合理的电流范围以外，则核心控制器减少接入的电解槽的数量，直到电解槽都工作在合理的电流范围内。

10、在上述技术方案中，所述核心控制器为：嵌入式mcu或单片机。

11、在上述技术方案中，所述电力开关组件包括：cmos开关，断路器，固态继电器等常用电力电器开关。

12、在上述技术方案中，所述电压检测单元包括：电压变送器。

13、在上述技术方案中，所述电流检测单元包括：霍尔电流传感器，电流变送器。

14、在上述技术方案中，所述电解槽的合理的电流范围为：1-2a/cm2。

15、本发明的具有以下有益效果：

16、本发明提供了一种能够自动适应外部电压电流变化的电力输入管理控制方法，它利用电解槽的额定电压电流的有效范围，通过对电解槽电解时不同的排列方式，在一定的电压电流变化范围内不需要dc-dc介入，使外部电能直接参与到水电解反应中的自适应电力输入管理控制方法，从而节约电能转化装置损失的大量电能。

17、通过本发明的应用于水电解的自适应电力输入管理控制方法，水电解装置可以在一定范围内自动适应外部提供的直流电解电流电压变化，使很多具有波动性的电能资源不经过电压转换即可为电解水装置所使用，从而节约电力转换过程中所损失的电能。

18、在没有电压转换装置参与的前提下，本发明的应用于水电解的自适应电力输入管理控制方法至少可以节约10％以上的电能，在大规模的电解水制氢生产活动中是非常有意义的。

技术特征：

1.一种应用于水电解的自适应电力输入管理控制方法，该方法适用的水电解装置包括：电压检测单元，电流检测单元，电力开关组件，多个电解槽，核心控制器；所述电压检测单元用来检测外部接入的供电电压值；所述电流检测单元用来采集所述电解槽的电解电流值；所述电力开关组件用来控制电解槽的工作状态；所述核心控制器用来控制电力开关组件工作；

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述核心控制器为：嵌入式mcu或单片机。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述电力开关组件包括：cmos开关，断路器，固态继电器。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述电压检测单元包括：电压变送器。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述电流检测单元包括：霍尔电流传感器，电流变送器。

6.根据权利要求1-5中任一所述的方法，其特征在于，所述电解槽的合理的电流范围为：1-2a/cm2。

技术总结
本发明涉及一种应用于水电解的自适应电力输入管理控制方法，包括以下步骤：步骤1：由电压检测单元读取外部接入的供电电压值；步骤2：核心控制器根据供电电压值，利用电力开关组件将尽可能多的电解槽切换至电解状态；步骤3：在电解开始后，由电流检测单元采集电解电流值；如果所有电解槽均工作在合理的电流范围以内，则返回步骤1；如果有电解槽工作在合理的电流范围以外，则核心控制器减少接入的电解槽的数量，直到电解槽都工作在合理的电流范围内。本发明能够自动适应外部电压电流变化，利用电解槽的额定电压电流的有效范围，通过对电解槽电解时不同的排列方式，在一定的电压电流变化范围内不需要DC‑DC介入，使外部电能直接参与到水电解反应中。

技术研发人员：邢巍,李晨阳,刘长鹏,梁亮,葛君杰,金钊,廖建辉
受保护的技术使用者：中国科学院长春应用化学研究所
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15