[發(fā)明專利]一種質(zhì)子交換膜燃料電池瞬態(tài)運行性能的預(yù)測方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110795052.2
• 申請日: 2021-07-14
• 公開（公告）號: CN113704961A
• 公開（公告）日: 2021-11-26
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 楊欽文;肖罡;高彬
• 申請（專利權(quán)）人: 湖南大學(xué)
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20;G06Q10/04;G06Q50/06;G06F17/11;G06F119/14
• 代理公司: 湖南兆弘專利事務(wù)所(普通合伙) 43008
• 代理人: 胡君

本發(fā)明公開一種質(zhì)子交換膜燃料電池瞬態(tài)運行性能的預(yù)測方法，步驟包括：S01.獲取待預(yù)測質(zhì)子交換膜燃料電池所需調(diào)控的運行參數(shù)，計算氣體傳輸?shù)倪吔鐥l件與相變的平衡閾值；S02.計算待預(yù)測質(zhì)子交換膜燃料電池內(nèi)部的動態(tài)物理參數(shù)在傳輸過程中的傳輸量；S03.按照預(yù)先構(gòu)建的用于模擬質(zhì)子交換膜燃料電池瞬態(tài)負(fù)載變化的模型，計算待預(yù)測質(zhì)子交換膜燃料電池中催化層的氣體瞬時參數(shù)；S04.根據(jù)步驟S01～S03計算得到的各項參數(shù)，按照預(yù)先構(gòu)建的輸出性能參數(shù)計算模型，計算待預(yù)測質(zhì)子交換膜燃料電池的實時輸出性能參數(shù)。本發(fā)明能夠模擬質(zhì)子交換膜燃料電池瞬態(tài)電壓超調(diào)現(xiàn)象，具有實現(xiàn)方法簡單、預(yù)測效率以及預(yù)測精度高等優(yōu)點。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及燃料電池技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種質(zhì)子交換膜燃料電池瞬態(tài)運行性能的預(yù)測方法。

背景技術(shù)

當(dāng)今世界能源問題與環(huán)境問題日益嚴(yán)峻，而質(zhì)子交換膜燃料電池憑借著高能量密度、零排放、低噪音以及高經(jīng)濟性等特點受到越來越多的關(guān)注。質(zhì)子交換膜燃料電池是一種通過消耗氫氣和氧氣將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的裝置，已經(jīng)在自動駕駛、軌道交通、移動電源等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。作為一個復(fù)雜的能量轉(zhuǎn)化系統(tǒng)，質(zhì)子交換膜燃料電池內(nèi)部存在電、氣、液、熱等多相多物質(zhì)耦合傳輸與動態(tài)變化，并結(jié)合成本可行性等因素的限制，其機械結(jié)構(gòu)與輸出性能難以通過實驗方法進行優(yōu)化設(shè)計。因而通過數(shù)值模擬方法對質(zhì)子交換膜燃料電池的運行過程進行模擬與仿真顯得尤為重要。

目前數(shù)值仿真性能預(yù)測模型在性能預(yù)測方面大多集中于關(guān)注質(zhì)子交換膜燃料電池穩(wěn)態(tài)運行情況，而不關(guān)注對于外界負(fù)載瞬態(tài)變化過程，使得缺少對于負(fù)載瞬態(tài)變化時輸出性能的描述。負(fù)載功率瞬態(tài)變化所導(dǎo)致的電壓超調(diào)現(xiàn)象，對質(zhì)子交換膜燃料電池的穩(wěn)定性與耐久性均有重要影響，而傳統(tǒng)預(yù)測模型對質(zhì)子交換膜燃料電池性能的瞬態(tài)超調(diào)現(xiàn)象，難以準(zhǔn)確地進行數(shù)值模擬，即直接使用傳統(tǒng)的數(shù)值仿真性能預(yù)測模型，對質(zhì)子交換膜燃料電池在瞬態(tài)負(fù)載下的運行性能進行預(yù)測的精度并不高。

如專利申請CN111313056B公開一種數(shù)據(jù)驅(qū)動燃料電池在線性能評估方法，該方法通過在數(shù)學(xué)模型中代入少量的實驗數(shù)據(jù)進行遞推計算，對極化曲線的模型數(shù)據(jù)進行在線估計，實現(xiàn)燃料電池性能的準(zhǔn)確在線評估，可以實時更新燃料電池的極化曲線參數(shù)值，并從減少數(shù)據(jù)存儲空間與提高運算速度的方法角度降低了對控制器配置的需求。但是該方法即是主要預(yù)測燃料電池在穩(wěn)定狀態(tài)下的性能情況，而對于負(fù)載瞬態(tài)變化下燃料電池的性能變化情況無法進行準(zhǔn)確地估計，對質(zhì)子交換膜燃料電池整個運行周期性能進行預(yù)測的精度并不高。

以及專利申請CN106848351B公開一種質(zhì)子交換膜燃料電池性能預(yù)測模型建立的方法，該方法建立垂直于極板方向的一維解析模型，或者建立一個準(zhǔn)三維解析模型，通過建立燃料電池系統(tǒng)內(nèi)部的氣體傳輸與水傳輸動態(tài)方程，得到燃料電池的輸出性能的動態(tài)情況。但是同樣的，該方法只能夠?qū)崿F(xiàn)燃料電池在穩(wěn)態(tài)下的輸出性能預(yù)測，而無法實現(xiàn)非穩(wěn)態(tài)時間段內(nèi)的性能變化預(yù)測。

綜上，現(xiàn)有技術(shù)中對質(zhì)子交換膜燃料電池穩(wěn)態(tài)的運行情況進行預(yù)測時僅關(guān)注穩(wěn)態(tài)運行情況的性能預(yù)測精確度，而無法實現(xiàn)對于負(fù)載瞬態(tài)變化下燃料電池的性能變化情況的準(zhǔn)確估計，致使最終對質(zhì)子交換膜燃料電池全運行周期過程的性能變化預(yù)測精度不高。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題就在于：針對現(xiàn)有技術(shù)存在的技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種實現(xiàn)方法簡單、預(yù)測效率以及預(yù)測精度高的質(zhì)子交換膜燃料電池瞬態(tài)運行性能的預(yù)測方法。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提出的技術(shù)方案為：

一種質(zhì)子交換膜燃料電池瞬態(tài)運行性能的預(yù)測方法，步驟包括：

S01.確定待預(yù)測質(zhì)子交換膜燃料電池所需調(diào)控的運行參數(shù)，根據(jù)所述運行參數(shù)計算氣體傳輸?shù)倪吔鐥l件與相變平衡閾值；

S02.計算待預(yù)測質(zhì)子交換膜燃料電池內(nèi)部的動態(tài)物理參數(shù)在傳輸過程中的傳輸量，以得到所述動態(tài)物理參數(shù)的變化量；