[發明專利]一種基于空壓機的燃料電池空路子系統建模仿真方法

有效

• 申請號: 202210632284.0
• 申請日: 2022-06-07
• 公開（公告）號: CN114707369B
• 公開（公告）日: 2022-09-02
• 發明（設計）人: 劉騫;黃易元;唐廷江;陳宏;楊海淪
• 申請（專利權）人: 武漢雄韜氫雄燃料電池科技有限公司
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20;H01M8/04298;G01R31/367;G01R31/378
• 代理公司: 北京匯信合知識產權代理有限公司 11335
• 代理人: 袁凱

1.一種基于空壓機的燃料電池空路子系統建模仿真方法，其特征在于，包括以下步驟：

S1、根據燃料電池的輸出特性及工作原理建立極化曲線模型，根據額定輸出功率確定單電池數量；

S2、連接燃料電池空路子系統零部件，搭建燃料電池空路子系統仿真模型，并采集燃料電池系統實際運行參數，用以結合實驗數據進行對比驗證，并對模型進行修正，進而提高模型精度；

S3、燃料電池空氣子系統考慮整個空路零部件，模擬真實工況，針對不同功率、結構的燃料電池系統進行仿真，并對零部件進行評估；

S4、考慮空壓機流量、轉速、功率之間的關系，使空壓機及燃料電池電堆在不同電流點下處于最佳運行條件，對燃料電池電堆空路子系統進行整體性評估；

空壓機模型包括：

1)輸出流量根據以下公式(2)計算：

式中，為空壓機輸出流量，單位為kg/s；P_in為壓力傳感器所得壓力，單位為kPa；T_in為溫度傳感器測得溫度，單位為K；N為空壓機轉速，單位為rpm；α_i，i＝0，1，2，3，4，5，6為空壓機的擬合系數；γ為修正系數；ε為空壓機的出口壓力與進口壓力的比；

2)空壓機的壓縮效率η_com、電效率η_ele根據以下公式(3)計算：

式中，β₁，β₂，β₃為關于轉速的二次函數；L1，L2，L3為空壓機電效率經驗參數；I_in為空壓機輸入電流，單位為A；

3)空壓機的轉速N、功率P_com根據以下公式(4)計算：

式中，c，b經驗參數；P_com為空壓機功率，單位為kW；c_p為空氣比熱容，單位為J·kg^-1·K^-1。

2.根據權利要求1所述的一種基于空壓機的燃料電池空路子系統建模仿真方法，其特征在于，步驟S1具體為：采用開路電壓減去歐姆過電勢、濃差過電勢及活化過電勢建立燃料電池極化曲線；基于燃料電池極化曲線及實際系統所需額定功率確定單電池數量。

3.根據權利要求2所述的一種基于空壓機的燃料電池空路子系統建模仿真方法，其特征在于，步驟S1中燃料電池電堆的電壓V_stack計算公式為：

V_stack＝(E_nernst-V_ohm-V_act-V_con)·N_cell (1)

式中，E_nernst為開路電勢；V_ohm為歐姆過電勢；V_act為活化過電勢；V_con為濃差過電勢；N_cell為電堆片數；燃料電池的開路電勢、活化過電勢、歐姆過電勢和濃差過電勢均由實驗數據獲取。

4.根據權利要求1所述的一種基于空壓機的燃料電池空路子系統建模仿真方法，其特征在于，步驟S2中燃料電池空路子系統零部件包括：通過管路相連接的空壓機、中冷器、增濕器、電堆、節氣門及設置在管路上的壓力傳感器、溫度傳感器、流量計。

5.根據權利要求4所述的一種基于空壓機的燃料電池空路子系統建模仿真方法，其特征在于，步驟S2中燃料電池系統實際運行參數包括：空壓機進出口壓力、溫度，空壓機入口流量，空壓機運行功率，中冷器進出口壓力、溫度，中冷器水入流量，增濕器進出口壓力、溫度及濕度，燃料電池電堆進出口溫度、電流及電壓。