[发明专利]一种质子交换膜燃料电池系统的建模方法

说明书

本发明提供了一种质子交换膜燃料电池系统的建模方法，S1、启动质子交换膜燃料电池系统；S2、建立开路电压模型、活化极化电压模型、欧姆极化电压模型、浓差极化电压模型、以及压降模型；S3、建立热平衡模型；S4、建立阴极流场和阳极流场的组分压力模型；S5、建立气体压力和温度动态模型；S6、建立氢气回流泵模型；S7、建立质子交换膜燃料电池系统阳极回路尾排的排氢阀控制模型。本发明所述的一种质子交换膜燃料电池系统的建模方法通过系统级的建立整个燃料电池系统的机理模型，提升燃料电池系统的模型仿真精度，精确反应燃料电池系统内部气体的动态变化过程，可以细致的分析各附件对系统的效能，提升模型的实用价值，具有广阔的应用前景。

技术领域

本发明属于新能源技术领域，尤其是涉及一种质子交换膜燃料电池系统的建模方法。

背景技术

近年来，各国致力于开发新的替代能源和可再生技术，以弥补未来能源的短缺，质子交换膜燃料电池(PEMFC)作为一种清洁的能源、氢气作为二次能源载体，可以进行不间断的提供能源。

质子交换膜燃料电池系统模型的建立是为了精确的表征燃料电池系统的各种属性，它在燃料电池系统的应用和开发的过程中发挥着不可或缺的作用，对提升燃料电池系统的性能和改进系统的效能具有重要的指导意义。

质子交换膜燃料电池系统主要包括滤氢器、空压机、加湿器、燃料电池电堆、冷凝器、背压阀、氢气罐、调压阀、氢气回流泵、减压阀和排氢阀等。目前，现有的燃料电池研究仅考虑建立电堆的电化学反应方面的内容，未考虑结合燃料电池电堆系统的附件进行整体的建模分析，不利于对燃料电池系统性能的准确预测和精准应用。

发明内容

有鉴于此，本发明旨在提出一种质子交换膜燃料电池系统的建模方法，以解决现有技术中的未考虑结合燃料电池电堆系统的附件进行整体的建模分析从而不利于对燃料电池系统性能的准确预测和精准应用的问题。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种质子交换膜燃料电池系统的建模方法，包括以下步骤：

S1、启动质子交换膜燃料电池系统，质子交换膜燃料电池系统包括燃料电池电堆及均与其连通的空气供给回路子系统和氢气供给回路子系统；

S2、建立燃料电池电堆的开路电压模型E_Nernst、活化极化电压模型V_act、欧姆极化电压模型V_ohm、浓差极化电压模型V_conc、以及压降模型V_loss，并得出燃料电池电堆的输出电压公式；

S3、通过热平衡处理操作建立质子交换膜燃料电池系统的热平衡模型和热平衡公式；

S4、建立加湿器、冷凝器和燃料电池电堆的阴极流场和阳极流场的组分压力模型；

S5、建立空压机气体压力和温度动态模型，并进行修正操作；

S6、建立氢气回流泵模型；

S7、建立质子交换膜燃料电池系统阳极回路尾排的排氢阀控制模型。

进一步的，在步骤S1中的所述空气供给回路子系统还包括滤清器、背压阀，滤清器进气端用于输入空气，滤清器出气端从右至左依次通过空压机、加湿器连通至燃料电池电堆进气端，燃料电池电堆出气端从左至右依次通过冷凝器、背压阀固定连通至外部。

进一步的，在步骤S1中的所述氢气供给回路子系统还包括氢气罐、调压阀、减压阀，氢气罐进气端用于输入氢气，氢气罐出气端从左至右依次通过调压阀、减压阀连通至燃料电池电堆进氢端，燃料电池电堆出氢端分别固定连通至氢气回流泵进气端、排氢阀进气端，氢气回流泵出气端固定连通至减压阀进气端，排氢阀出气端固定连通至外部。

进一步的，在步骤S2中的所述输出电压公式为：