[发明专利]基于SIMULINK的燃料电池电堆冷启动建模仿真试验方法

说明书

本发明涉及一种基于SIMULINK的燃料电池电堆冷启动建模仿真试验方法，包括以下步骤：1)根据燃料电池解析模型基于SIMULINK构建燃料电池电堆模型；2)根据燃料电池电堆模型模拟燃料电池电堆冷启动过程，获取燃料电池电堆冷启动过程的电压输出。与现有技术相比，本发明根据燃料电池解析模型构建燃料电池电堆模型，具有冷启动过程准确表述、试验预测结果准确、降低试验成本等优点。

技术领域

本发明涉及燃料电池冷启动领域，尤其是涉及一种基于SIMULINK的燃料电池电堆冷启动建模仿真试验方法。

背景技术

燃料电池是一种可以将燃料中的化学能直接转化为电能的能量转换装置，其典型的反应物是氢和氧，二者分别输入阳极和阴极发生氧化还原反应并将反应的化学能转化为电能。近年来，随着国家“碳达峰，碳中和”战略的提出，新能源汽车又掀起了新的热潮。质子交换膜燃料电池(Proton Exchange Membrane Fuel Cell，PEMFC)是一种利用质子导体聚合电解膜作为电解质的燃料电池，由于其具有较低的工作温度、高能量转换效率和零排放等优点，在新能源汽车中的应用已受到越来越多的关注，具有广阔地发展前景。

但是燃料电池的大规模商用仍然面临较多的挑战，其中之一便是燃料电池的冷启动问题，人们购车需要汽车满足多场景下的使用需求。不仅仅是在温度适宜的条件下，也需要车辆满足高纬度地区以及冬天会面临的低温条件下的使用。相比于其他车辆动力源，燃料电池使用过程中会产生水，在零下温度会凝结成冰阻碍燃料电池反应的正常进行。现在针对于燃料电池汽车冷启动系统的设计主要手段是试验，利用低温环境仓浸车并进行低温冷启动试验来验证系统的可靠性，燃料电池系统和车辆冷启动试验所需的时间跨度较大，经济成本较高，如果可以对该过程实现系统层面的仿真模拟，利用仿真和试验结合的手段，便可以很大程度上解决燃料电池汽车系统冷启动设计过程中工程师面临的大量试验成本的问题。

在对燃料电池系统以及燃料电池汽车的研究过程中，SIMULINK作为一种建模和控制系统分析设计的常用软件，经常被用于车辆的建模与仿真。在确保一定的准确度的前提下，利用软件平台进行仿真可以在计算机上快速完成分析和功能验证，从而在设计过程中节省实际试验需要的时间和经济成本。

目前针对于燃料电池冷启动的研究，理论研究以单体电池的解析模型和仿真为主，主要研究单体电池冷启动过程中的机理和影响因素，系统层面的研究以试验研究为主，燃料电池系统的冷启动试验的成本较高，过程繁琐，试验需要将系统或燃料电池汽车放置于大型低温环境仓中进行启动试验，每次试验都会对系统造成一定的损伤，目前还没有针对燃料电池系统层面的燃料电池仿真模型可以为系统的冷启动设计提供参考。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种基于SIMULINK的燃料电池电堆冷启动建模仿真试验方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种基于SIMULINK的燃料电池电堆冷启动建模仿真试验方法，包括以下步骤：

1)根据燃料电池解析模型基于SIMULINK构建燃料电池电堆模型；

2)根据燃料电池电堆模型模拟燃料电池电堆冷启动过程，获取燃料电池电堆冷启动过程的电压输出。

所述的步骤1)中，燃料电池电堆模型具体包括多个串联封装而成的电池单体模型，每个电池单体模型均包括热管理模块、水管理模块和电压输出模块。

所述的热管理模块根据燃料电池解析模型的能量平衡构建，用以获取燃料电池单体的温度变化情况，则有：