[發明專利]一種基于特征頻率計算的燃料電池輸出性能優化方法

在審

• 申請號: 202010690314.4
• 申請日: 2020-07-17
• 公開（公告）號: CN111832178A
• 公開（公告）日: 2020-10-27
• 發明（設計）人: 衛東;高志;沈永超
• 申請（專利權）人: 中國計量大學
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20;H01M8/04537;H01M8/04992;G01R31/389;G01R31/378;G01R23/07
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1.一種基于特征頻率計算的燃料電池輸出性能優化方法，其特征在于：在PEMFC總內阻R_stack最小的最優溫濕度工況下，測出電堆各段內阻值大小，相應的得到不同電流密度下的理想高頻轉折頻率f_優和理想頻率特征值X_優；以f_優和X_優為優化指標，針對任意工況下的電堆，只需發射最高頻(20KHz)和理想轉折頻率f_優兩組頻率信號監控當前的特征值X，通過不停的調節相關控制變量改變當前X使其趨向于最優X_優，就可以將電堆調節到最佳工作狀態，較傳統方法操作更加簡單、優化性能更佳，具體的步驟如下：

步驟一：在確定燃料電池最佳操作條件工況下，通過EIS法測得燃料電池堆內的阻抗信息，取M₁點為交流阻抗譜曲線與實軸的高頻交點，并設置該點的頻率為交流阻抗試驗的最高的頻率點，之后在PEMFC的交流阻抗譜曲線上選取需要的第二個特定的頻率點M₂的高頻轉折頻率為f₁；

步驟二：將點M₁和點M₂在交流阻抗譜上連線，推導出M₁和M₂兩點的實部和虛部，得出M₁和M₂兩點間的頻率特征值X；

步驟三：在PEMFC總內阻R_stack最小的最優溫濕度工況下，將各內阻值分別代入高頻轉折頻率f₁和頻率特征值X的模型中，計算出電堆當前工作階段的f_優和X_優；需要計算出當前最優操作條件下的阻尼系數的大小，判斷是否產生諧振；若不產生諧振，最優特征值X的大小不變；若產生諧振，最優特征值X會相應的變大；調節電子負載，改變電堆的工作階段，重復上述步驟，得到不同電流密度下的f_優和X_優，研究f_優和X_優隨電流密度的變化規律，擬合經驗模型，作為優化指標；

步驟四：檢測工作在任意操作條件、工作階段下的燃料電池堆的工作電流，得出對應的f_優和X_優；然后使用阻抗測試儀向電堆發送最高頻(20KHz)和f_優兩組小幅交流電信號，檢測響應信號，得到相應的阻抗信息，計算得到頻率特征值X，并與X_優對比產生偏差ΔX；最后，調節相關控制變量(氣體加濕濕度、冷去水流量等)，改變堆內的水熱狀態，進而改變當前X大小，使得ΔX趨向于0，當近似為0時優化完成，此時電堆工作在最佳工況下，輸出性能最佳。

2.根據權利要求1所述的基于特征頻率計算的燃料電池輸出性能優化方法，計算得出最優操作條件下的理想頻率特征值X_優，通過交流阻抗譜測得M₁和M₂兩點的阻抗信息，可以得到實際的頻率特征值X。

3.根據權利要求1所述的燃料電池輸出性能優化方法，其特征在于：頻率特征值X與內阻直接相關，內阻直接反應堆內真實水熱反應狀況，以X為PEMFC的輸出性能優化指標。