[發明專利]一種基于最佳過氧比的燃料電池空氣流量控制方法

有效

• 申請號: 201711337802.1
• 申請日: 2017-12-14
• 公開（公告）號: CN108091909B
• 公開（公告）日: 2020-05-12
• 發明（設計）人: 宋大鳳;雷宗坤;曾小華;張峻愷;王愷;劉持林;紀人桓
• 申請（專利權）人: 吉林大學
• 主分類號: H01M8/04089
• 分類號: H01M8/04089;H01M8/04537;H01M8/04694
• 代理公司: 北京遠大卓悅知識產權代理事務所(普通合伙) 11369
• 代理人: 周明飛

1.一種基于最佳過氧比的燃料電池空氣流量控制方法，其特征在于，包括如下步驟：

步驟一、燃料控制器采集燃料電池反應堆電流I_st；

步驟二、對空氣供應系統建立壓縮機角速度w_cp、進氣管路壓力P_sm和陰極流場壓力P_ca的狀態量模型；

步驟三、由狀態量模型得出的壓縮機角速度w_cp、進氣管路壓力P_sm和陰極流場壓力P_ca，再根據如下建立的過氧比模型和凈輸出功率模型分別得出燃料電池反應堆電流為I_st時的過氧比和凈輸出功率P_net，通過過氧比和凈輸出功率P_net得到當燃料電池反應堆電流為I_st時，保證凈輸出功率P_net最大時的最佳過氧比

式中，w_O2，in為陰極供應氧氣的質量，w_O2，rec為陰極反應的氧氣質量，X_O2，atm為空氣中的氧氣體積分數，w_O2，atm為空氣流量，M_O2為氧氣的摩爾質量，E₀為燃料電池熱力學理論電壓，p_H2為陽極氣路壓力，p_O2為陰極氣路氧氣分壓，P_loss為其他電附件損失功率，C_P為空氣比熱，T_atm為大氣溫度，η_cp壓縮機效率，P_atm為大氣壓力，n為燃料電池單體個數，F為法拉第常數；

步驟四、將所述最佳過氧比轉化為壓縮機角速度信號，通過控制電機電壓進而獲得所需的壓縮機角速度：

式中，v(t)為用于配置新的等價線性系統的極點；

在所述步驟二中，所述狀態量模型為：

式中，η_cm為電動機效率，k_t為轉矩靈敏度，k_v為反電動勢系數，J_cp為壓縮機轉動慣量，R_cm為電機電阻，C_P為空氣比熱，T_atm為大氣溫度，η_cp為壓縮機效率，P_atm為大氣壓力，V_cm為電機輸入電壓，k_sm，out為進氣管路出口空常數，V_sm為進氣管路體積，T_st為燃料電池反應堆溫度，C_D為噴嘴排放系數，n為燃料電池單體個數，A_T為噴嘴出口橫截面面積，F為法拉第常數，V_ca為陰極體積，I_st為反應堆電流，h(w_cp，P_sm)為由壓縮機轉動角速度和供氣歧管壓力決定的空氣從壓縮機流入進氣管路的空氣質量比率，P_sat為陰極流場平均壓力；

在所述步驟三中，計算凈輸出功率P_net最大時的最佳過氧比包括：對燃料電池反應堆電流I_st進行不同的取值，做出進行不同取值的燃料電池反應堆電流I_st時的過氧比與凈輸出功率P_net的關系曲線，從所述關系曲線中確定當凈輸出功率P_net最大時對應的最佳過氧比進而得到不同取值的燃料電池反應堆電流I_st相對應的最佳過氧比

在所述步驟四中獲得所述壓縮機角速度的過程包括通過將所述步驟二中的壓縮機角速度w_cp、進氣管路壓力P_sm和陰極流場壓力P_ca的狀態量經過如下轉換函數計算得到：

2.如權利要求1所述的基于最佳過氧比的燃料電池空氣流量控制方法，其特征在于，在所述步驟三中還包括：將進行不同取值的燃料電池反應堆電流I_st和相對應的最佳過氧比做成二維數表，通過查表確定在不同的反應堆電流時，凈輸出功率P_net最大時對應的最佳過氧比