[发明专利]一种基于最佳过氧比的燃料电池空气流量控制方法

权利要求书

1.一种基于最佳过氧比的燃料电池空气流量控制方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤一、燃料控制器采集燃料电池反应堆电流I_st；

步骤二、对空气供应系统建立压缩机角速度w_cp、进气管路压力P_sm和阴极流场压力P_ca的状态量模型；

步骤三、由状态量模型得出的压缩机角速度w_cp、进气管路压力P_sm和阴极流场压力P_ca，再根据如下建立的过氧比模型和净输出功率模型分别得出燃料电池反应堆电流为I_st时的过氧比和净输出功率P_net，通过过氧比和净输出功率P_net得到当燃料电池反应堆电流为I_st时，保证净输出功率P_net最大时的最佳过氧比

式中，w_O2，in为阴极供应氧气的质量，w_O2，rec为阴极反应的氧气质量，X_O2，atm为空气中的氧气体积分数，w_O2，atm为空气流量，M_O2为氧气的摩尔质量，E₀为燃料电池热力学理论电压，p_H2为阳极气路压力，p_O2为阴极气路氧气分压，P_loss为其他电附件损失功率，C_P为空气比热，T_atm为大气温度，η_cp压缩机效率，P_atm为大气压力，n为燃料电池单体个数，F为法拉第常数；

步骤四、将所述最佳过氧比转化为压缩机角速度信号，通过控制电机电压进而获得所需的压缩机角速度：

式中，v(t)为用于配置新的等价线性系统的极点；

在所述步骤二中，所述状态量模型为：

式中，η_cm为电动机效率，k_t为转矩灵敏度，k_v为反电动势系数，J_cp为压缩机转动惯量，R_cm为电机电阻，C_P为空气比热，T_atm为大气温度，η_cp为压缩机效率，P_atm为大气压力，V_cm为电机输入电压，k_sm，out为进气管路出口空常数，V_sm为进气管路体积，T_st为燃料电池反应堆温度，C_D为喷嘴排放系数，n为燃料电池单体个数，A_T为喷嘴出口横截面面积，F为法拉第常数，V_ca为阴极体积，I_st为反应堆电流，h(w_cp，P_sm)为由压缩机转动角速度和供气歧管压力决定的空气从压缩机流入进气管路的空气质量比率，P_sat为阴极流场平均压力；

在所述步骤三中，计算净输出功率P_net最大时的最佳过氧比包括：对燃料电池反应堆电流I_st进行不同的取值，做出进行不同取值的燃料电池反应堆电流I_st时的过氧比与净输出功率P_net的关系曲线，从所述关系曲线中确定当净输出功率P_net最大时对应的最佳过氧比进而得到不同取值的燃料电池反应堆电流I_st相对应的最佳过氧比

在所述步骤四中获得所述压缩机角速度的过程包括通过将所述步骤二中的压缩机角速度w_cp、进气管路压力P_sm和阴极流场压力P_ca的状态量经过如下转换函数计算得到：

2.如权利要求1所述的基于最佳过氧比的燃料电池空气流量控制方法，其特征在于，在所述步骤三中还包括：将进行不同取值的燃料电池反应堆电流I_st和相对应的最佳过氧比做成二维数表，通过查表确定在不同的反应堆电流时，净输出功率P_net最大时对应的最佳过氧比