[发明专利]一种质子交换膜燃料电池建模的方法

说明书

本发明实施例公开了一种质子交换膜燃料电池建模的方法。该方法包括：根据燃料电池温度以及并联的电容器，构建燃料电池组的动态模型；基于电解槽向所述燃料电池组供应燃料以及电解槽运行的温度，构建电解槽动态模型；通过两级转换器将所述燃料电池组的输出电压和频率调整到目标值；以及通过单相四相逆变器将所述输出燃料电池组的直流电压转换为交流电压；通过控制器控制进入所述燃料电池组的氢和氧的流量。通过上述方法，可以产生交流电，进而可以使得质子交换膜燃料电池应用于为生活用电供电。

技术领域

本发明涉及燃料电池领域领域，具体涉及一种质子交换膜燃料电池建模的方法。

背景技术

分布式电源是一种直接连接到配电网络或消费者的发电源，其中，分布式电源的电压等级从400伏到最大33千瓦，其容量在几瓦到最大100兆瓦的范围内。

现有多种基于化石能源和可再生能源的工具以及用于分布式发电的储能工具，用以扩大能源消费以及消费场所分散式生产的全球趋势，该工具可以是内燃机、微型涡轮机、燃料电池、柴油发电机、风力涡轮机、太阳能电池等。其中，燃料电池是一种产生电能的电化学电池，它由两个称为电极的导体和电极之间的导电膜组成，两个电极之间的导电膜称为电解质。其中，燃料电池根据所用电解液的类型的不同分为以下几种类型：固体氧化物燃料电池、熔融碳酸盐燃料电池、磷酸燃料电池、碱性燃料电池和质子交换膜燃料电池。如今，随着燃料技术的发展，燃料电池在微电子、电动汽车、小型船舶、侦察机、公共汽车、家庭和商业用途、热电联产生产等各个行业得到了广泛的应用。与其他类型的燃料电池相比，质子交换膜(PEM)燃料电池具有快速启动、提供部分负载的可用性等优点。因此，可通过使用PEM燃料电池来修改家庭负荷曲线。但是，现有技术中，并没有对质子交换膜燃料电池有效建模的方法。

综上所述，如何在对燃料电池有效建模以及提高模型的准确性是目前需要解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明实施例提供了一种质子交换膜燃料电池建模的方法，可以产生交流电，进而可以使得质子交换膜燃料电池应用于为生活用电供电。

第一方面，本发明实施例提供了一种质子交换膜燃料电池建模的方法，该方法包括：

根据燃料电池温度以及并联的电容器，构建燃料电池组的动态模型；

基于电解槽向所述燃料电池组供应燃料以及电解槽运行的温度，构建电解槽动态模型；

通过两级转换器将所述燃料电池组的输出电压和频率调整到目标值；以及通过单相四相逆变器将所述输出燃料电池组的直流电压转换为交流电压；

通过控制器控制进入所述燃料电池组的氢和氧的流量。

可选的，所述根据燃料电池温度以及并联的电容器，构建燃料电池组的动态模型，包括：

根据燃料电池组的参数以及电化学热力学原理，确定单燃料电池的输出电压v为：

V＝E-υ_act+η_ohmic

其中，E为单燃料电池中无损耗的开路电压，V_act为所述燃料电池中阳极和阴极处的激活压降；η_ohmic为燃料电池中的欧姆电压损失。

可选的，根据所述单燃料电池的输出电压v，得到所述燃料电池组的总输出电压V_stack：

V_stack＝n*V

其中，所述燃料电池组由n个串联的单燃料电池组成，n为正整数。

可选的，通过以下公式确定E：

其中，P_H2和P_O2分别为氢分压和氧分压；T为燃料电池的温度；