一种燃料电池最优功率点计算方法技术

一种燃料电池最优功率点计算方法，包括：本发明专利技术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。

A Method for Calculating the Optimal Power Point of Fuel Cells

【技术实现步骤摘要】
一种燃料电池最优功率点计算方法
:本专利技术涉及一种燃料电池最优功率点计算方法。
技术介绍
: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(ProtonExchangeMembraneFuelCell，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(PerturbandObserve，P&O)，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本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种燃料电池最优功率点计算方法的特征在于：本专利技术从“总内阻最小”的角度出发，提出一种新的最优功率点计算方法；首先，燃料电池极化现象划分为活化、欧姆、浓差三部分，即对应着三部分内阻，以燃料电池堆电压—电流输出特性模型和内阻—操作条件模型为基础，推导出燃料电池的输出电压Vstack以及电堆总内阻Rstack的表达式，在操作条件恒定的条件下，由Rstack的表达式可得到整体的Rstack‑i曲线，Rstack‑i曲线在变化过程中存在最小极值点，进而求出与其对应的电流密度iopp，再利用iopp和Rstack可以求得对应的Vstack，最后由功率的计算公式即可求得最优功率，相比于最大功率点，最...

【技术特征摘要】
1.一种燃料电池最优功率点计算方法的特征在于：本发明从“总内阻最小”的角度出发，提出一种新的最优功率点计算方法；首先，燃料电池极化现象划分为活化、欧姆、浓差三部分，即对应着三部分内阻，以燃料电池堆电压—电流输出特性模型和内阻—操作条件模型为基础，推导出燃料电池的输出电压Vstack以及电堆总内阻Rstack的表达式，在操作条件恒定的条件下，由Rstack的表达式可得到整体的Rstack-i曲线，Rstack-i曲线在变化过程中存在最小极值点，进而求出与其对应的电流密度iopp，再利用iopp和Rstack可以求得对应的Vstack，最后由功率的计算公式即可求得最优功率，相比于最大功率点，最优功率点在燃料电池实际工作中输出性能更优，更加具有实际应用意义，最优功率点具体计算步骤如下：步骤一：燃料电池实际工作中，由于极化现象的存在，燃料电池电化学反应必须会消耗自身的能量去克服反应中的阻力，因此燃料电池堆实际输出电压要小于理想电动势，燃料电池的实际输出电压如(1)所示：Vcell＝Enernst-ηact-ηohm-ηcon(1)式中，Enernst为Nernst电动势；再根据极化现象产生的原理，分别推算出活化极化损失ηact、欧姆极化损失ηohm和浓差极化损失ηcon，得到燃料电池的输出电压—电流输出特性模型表达式：Vstack＝Enernst-[a+blni+i·Rm+mexp(n·i)](2)式中，a＝-RTstackln(i0)/αnF，b＝RTstack/αnF，i为电流密度，Acm-2，m和n均表示质子交换膜燃料电池反应时的质量传递系数，其数值主要由电解质的传导率和气体扩散层的孔隙率决...

【专利技术属性】
技术研发人员：卫东，梁旭鸣，王振，
申请(专利权)人：中国计量大学，
类型：发明
国别省市：浙江,33