Zařízení pro simulaci spotřeby vozidla na vodíkový pohon

Kód výsledku v IS VaVaI

<a href="https://www.isvavai.cz/riv?ss=detail&h=RIV%2F61989100%3A27240%2F25%3A10260581" target="_blank" >RIV/61989100:27240/25:10260581 - isvavai.cz</a>

Nalezeny alternativní kódy

RIV/61989100:27730/25:10260581

Výsledek na webu

—

DOI - Digital Object Identifier

—

Jazyk výsledku

čeština

Název v původním jazyce

Zařízení pro simulaci spotřeby vozidla na vodíkový pohon

Popis výsledku v původním jazyce

Podstatou technického řešení je zařízení pro simulaci spotřeby vozidla na vodíkový pohon, které umožňuje fyzicky simulovat různé režimy zatížení vodíkového pohonného systému a přesně měřit spotřebu vodíku i další energetické parametry. Zařízení je koncipováno jako modulární celek skládající se z několika funkčních částí, které společně zajišťují bezpečný provoz testovaného palivového článku v podmínkách simulujících skutečný provoz vozidla.Zařízení podle tohoto technického řešení zpravidla sestává z následujících hlavních celků: vodíkového hospodářství, testovaného vodíkového zdroje energie (zejména palivového článku), regulační a zatěžovací jednotky, chladicího systému a řídicího a měřicího systému. Vodíkové hospodářství zahrnuje zdroj vodíku (například tlakový zásobník nebo přívod z výrobní jednotky) a přívodní potrubí s bezpečnostními a regulačními prvky pro řízené dávkování vodíku do palivového článku. Palivový článek (případně jiný vodíkový energetický článek) je instalován do zařízení prostřednictvím připravených přípojných prvků – zařízení umožňuje upevnění palivového článku a jeho rychlé propojení s vodíkovým, elektrickým a chladicím okruhem. Na elektrický výstup palivového článku je napojena nastavitelná elektrická zátěž, která simuluje odběr výkonu podle zvoleného provozního režimu (např. akcelerace, konstantní rychlost, rekuperace apod.). Chladicí systém zajišťuje udržování provozní teploty palivového článku v mezích optimálních hodnot – obvykle je tvořen samostatným okruhem chladicí kapaliny s čerpadlem, výměníkem tepla a regulačními ventily pro řízení průtoku chladicího média.Klíčovou částí je řídicí a měřicí systém, který zahrnuje elektronickou řídicí jednotku propojenou se soustavou čidel a akčních členů v zařízení. Řídicí systém je naprogramován tak, aby automaticky řídil zatěžování palivového článku podle předem definovaného zatěžovacího profilu. Zatěžovací profil představuje časový průběh požadovaného výkonu nebo odběru energie, který odpovídá simulované jízdě vozidla (například jízdní cyklus v městském provozu, jízda po dálnici nebo konkrétní trasa). Řídicí jednotka na základě tohoto profilu plynule mění odběr proudu na elektrické zátěži, čímž palivový článek zatěžuje obdobně, jako by poháněl skutečné vozidlo. Zároveň řídicí systém sleduje a reguluje pomocné systémy – například upravuje průtok vodíku regulačními ventily, zapíná či vypíná chladicí čerpadlo podle potřeby a dohlíží na bezpečnostní prvky (tlakové a teplotní limity).Měřicí systém zahrnuje potřebná čidla a přístroje pro záznam provozních veličin. Zejména se jedná o průtokoměr vodíku pro měření okamžité i kumulativní spotřeby vodíku, dále o senzory tlaku a teploty vodíku v systému, voltmetry a ampérmetry (či výkonové analyzátory) na elektrických výstupech palivového článku pro sledování dodávaného výkonu a účinnosti, a případně snímače teploty palivového článku a chladicího média. Naměřené údaje jsou průběžně sbírány řídicí jednotkou a ukládány pro následnou analýzu. Řídicí a měřicí systém může být doplněn nadstavbovým software (například aplikací typu SCADA) na nadřazeném počítači, který poskytuje uživatelské rozhraní pro obsluhu zařízení, vizualizaci dat v reálném čase, archivaci a vyhodnocení naměřených hodnot.Zařízení je výhodně zhotoveno jako mobilní jednotka – například na rámu opatřeném kolečky – aby bylo snadno přemístitelné v laboratoři podle potřeby experimentů. Modulární konstrukce umožňuje přizpůsobit sestavu různým typům a výkonovým úrovním palivových článků. Bezpečnost provozu zařízení zajišťují standardní prvky, jako jsou pojistné ventily, detektory úniku vodíku, havarijní vypínače a odvětrávací systémy, které však samy o sobě nejsou předmětem tohoto technického řešení, ale tvoří nedílnou součást zařízení z hlediska praktické použitelnosti. Účelem zařízení je poskytnout platformu pro ověření výsledků simulací vodíkových pohonných systémů – umožňuje porovnat data z digitálního modelu s reálnými měřeními a tím zpřesnit model nebo ověřit funkčnost navrženého řešení pohonu ještě před stavbou skutečného prototypu vozidla.

Název v anglickém jazyce

Equipment for simulating the fuel consumption of a hydrogen-powered vehicle

Popis výsledku anglicky

The core of the technical solution is a device for simulating the fuel consumption of a hydrogen-powered vehicle, which allows for the physical simulation of various load conditions of the hydrogen propulsion system and the precise measurement of hydrogen consumption and other energy parameters. The device is designed as a modular unit consisting of several functional components that together ensure the safe operation of the fuel cell under conditions simulating actual vehicle operation.A device based on this technical solution typically consists of the following main components: a hydrogen management system, the hydrogen energy source under test (primarily a fuel cell), a control and load unit, a cooling system, and a control and measurement system. The hydrogen management system includes a hydrogen source (such as a pressure tank or supply from a production unit) and supply piping with safety and control elements for the controlled delivery of hydrogen to the fuel cell. The fuel cell (or other hydrogen energy cell) is installed in the device via prepared connection elements—the device allows for the mounting of the fuel cell and its rapid connection to the hydrogen, electrical, and cooling circuits. An adjustable electrical load is connected to the fuel cell’s electrical output, simulating power consumption according to the selected operating mode (e.g., acceleration, constant speed, regeneration, etc.). The cooling system ensures that the fuel cell’s operating temperature is maintained within optimal limits—it typically consists of a separate coolant circuit with a pump, heat exchanger, and control valves for regulating the flow of the coolant.A key component is the control and measurement system, which includes an electronic control unit connected to a network of sensors and actuators within the device. The control system is programmed to automatically regulate the fuel cell’s load according to a predefined load profile. The load profile represents the time-dependent curve of the required power or energy consumption, which corresponds to a simulated vehicle drive (for example, a driving cycle in urban traffic, highway driving, or a specific route). Based on this profile, the control unit continuously adjusts the current draw on the electrical load, thereby loading the fuel cell in a manner similar to how it would power an actual vehicle. At the same time, the control system monitors and regulates auxiliary systems—for example, it adjusts the hydrogen flow using control valves, turns the cooling pump on or off as needed, and monitors safety features (pressure and temperature limits).The measurement system includes the necessary sensors and instruments for recording operational parameters. These include, in particular, a hydrogen flow meter for measuring both instantaneous and cumulative hydrogen consumption, as well as sensors for hydrogen pressure and temperature in the system, voltmeters and ammeters (or power analyzers) at the fuel cell’s electrical outputs to monitor power output and efficiency, and, where applicable, sensors for fuel cell and coolant temperature. The measured data is continuously collected by the control unit and stored for subsequent analysis. The control and measurement system can be supplemented with add-on software (such as a SCADA-type application) on a host computer, which provides a user interface for operating the equipment, real-time data visualization, archiving, and evaluation of measured values.The device is advantageously designed as a mobile unit—for example, on a frame equipped with casters—so that it can be easily moved around the laboratory as needed for experiments. The modular design allows the assembly to be adapted to various types and power levels of fuel cells. Operational safety is ensured by standard components such as safety valves, hydrogen leak detectors, emergency shut-off switches, and venting systems; however, these are not the subject of this technical solution but form an integral part of the device in terms of practical usability. The purpose of the equipment is to provide a platform for verifying the results of hydrogen propulsion system simulations—it allows data from the digital model to be compared with real-world measurements, thereby refining the model or verifying the functionality of the proposed propulsion solution even before the actual vehicle prototype is built.

Druh

F_uzit - Užitný vzor

CEP obor

—

OECD FORD obor

20200 - Electrical engineering, Electronic engineering, Information engineering

Projekt

<a href="/cs/project/TN02000007" target="_blank" >TN02000007: Národní centrum vodíkové mobility</a><br>

Návaznosti

P - Projekt vyzkumu a vyvoje financovany z verejnych zdroju (s odkazem do CEP)

Rok uplatnění

2025

Kód důvěrnosti údajů

S - Úplné a pravdivé údaje o projektu nepodléhají ochraně podle zvláštních právních předpisů

Číslo patentu nebo vzoru

ev.č.: 022/19-06-2025

Vydavatel

CZ001 -

Název vydavatele

Industrial Property Office

Místo vydání

Prague

Stát vydání

CZ - Česká republika

Datum přijetí

—

Název vlastníka

Vysoká škola báňská - Technická univerzita Ostrava, Ostrava, Poruba, CZ

Způsob využití

A - Výsledek využívá pouze poskytovatel

Druh možnosti využití

A - K využití výsledku jiným subjektem je vždy nutné nabytí licence