[发明专利]一种燃料电池最优功率点计算方法

说明书

一种燃料电池最优功率点计算方法，包括：本发明是在操作条件确定的情况下，计算出当前操作条件下电堆各段的阻值，并在电流密度变化的过程中得到总内阻最小时的电流密度，再结合内阻模型与电压输出特性模型计算出最小电阻对应的输出电压，最后通过电流和电压可以计算出最优功率点。相较于最大功率点计算与跟踪方法，最优功率点计算方法简单准确，并且最大功率点仅考虑了电堆能够输出的最大功率，并未对实际情况下的操作条件进行限定，而最优功率点是基于以“总内阻最小”为约束条件进而求得的，该最优功率点可以很好地描述出电堆在当前工况下达到的一个最优输出性能，具有良好的工程应用前景。

技术领域:

本发明涉及一种燃料电池最优功率点计算方法。

背景技术:

现代社会的快速发展导致对能源的需求不断增大，导致人类面临资源短缺的困境，人们开始注重寻找能够替代的新型能源，氢气这一清洁能源进入到了我们的视线，氢氧燃料电池在这方面表现出了巨大的潜力。由于燃料电池操作性能好，发电环境友好并且产物没有任何污染等优点，受到人们广泛关注。在燃料电池中质子交换膜燃料电池(ProtonExchange Membrane Fuel Cell，PEMFC)具有功率密度高、无污染、低温启动等优点，特别适用于人们日常生活中，有着光明的市场应用前景。

目前，燃料电池发电系统比较常用的最大功率点计算与跟踪方法中，较多采用的是扰动观察法(Perturb and Observe，PO)，扰动观察法简单且易于实现，但对于当电堆操作条件发生突变时，会导致系统输出不稳定，出现“误判”情况，导致计算结果偏离实际，结果准确度无法保证。另一种比较常用的方法是电阻增量法，该方法能够在操作条件迅速变化时，燃料电池的输出仍能以较平稳的方式继续工作，控制精度比较高且响应速度快，但是该方法会过多的依赖于高精度的硬件、传感器等，整体的工程经济性较差。

从本质上讲，最大功率点仅考虑了电堆能够输出的最大功率，并未对实际情况下的操作条件进行限定。最优功率点是基于以“总内阻最小”为约束条件进而求得的，该最优功率点可以很好地描述出电堆在当前工况下达到的一个最优输出性能。因此，从电堆的最小总内阻角度出发，提出了一种新的基于内阻特性的最优功率点计算方法。

发明内容：

在电堆的实际操作中，在操作条件不变的前提下，以“电堆总内阻最小”为原则，提出最优功率点(Optimum Power Point，OPP)的概念。

在操作条件确定时，根据内阻-操作条件模型计算出该操作条件下对应的最小总内阻，再结合电压输出特性模型计算出燃料电池堆在最小总内阻下的输出电压与电流，即可求得燃料电池在该操作条件下的最小总内阻所对应的输出功率，即最优功率点。

由图1中的对比可以看出，燃料电池工作时，最优功率点与最大功率点在其本质上存在着明显的差异。最优功率点是在电堆操作条件一定的情况下，电堆总内阻最小处对应的功率点，而最大功率点是在当前工况下的燃料电池堆基于负载内外匹配的输出的最大功率值。从图1中也可以看出，电堆在负载功率一定的情况下，最优功率比最大功率更有其实际应用意义。

为达到上述目的，本发明所叙述的PEMFC最优功率点的计算方法有以下的步骤：