一种燃料电池电堆的串并联配组方法技术

本发明专利技术公开了一种燃料电池电堆的串并联配组方法。它包括以下步骤：S1：根据负载需求电压以及负载需求电流计算出组成燃料电池需要串联的电堆组个数N以及组成每个电堆组需要并联的电堆个数M；S2：根据每个待配组电堆的伏安特性曲线及需求电堆个数筛选出初始配组电堆；S3：针对初始配组电堆进行迭代谱聚类，直至将初始配组电堆分为N类，且每类包含M个初始配组电堆。本发明专利技术能够保证电堆之间的一致性，使串并联后的电堆能够工作在最优功率点附近，提升燃料电池的工作性能。燃料电池的工作性能。燃料电池的工作性能。

【技术实现步骤摘要】
一种燃料电池电堆的串并联配组方法


[0001]本专利技术涉及燃料电池
，尤其涉及一种燃料电池电堆的串并联配组方法。

技术介绍

[0002]燃料电池是一种清洁、高效的能量转换装置，其具有无污染、效率高、噪声小等优点，随着技术的不断进步以及市场需求的不断提高，大功率燃料电池越来越受市场的青睐，为了提高燃料电池堆组的输出功率，需要对单堆进行串并联组合，以适应不同用户的实际需求。但是单堆由于受材料特性、生产条件、设备精度、工艺水平等的影响，造成其电压、内阻等参数存在差异，故在实际应用中，必须通过配组筛选出一致性相对较好的单堆进行串并联，才有可能使得电堆组的整体性能达到令人满意的程度。
[0003]目前，有关配组问题的研究大多集中在动力电池领域，燃料电池方面暂时还缺少该方面内容的研究。同时，由于动力电池与燃料电池之间的功率特性存在显著的差异，相关方法不适合直接应用于燃料电池领域。

技术实现思路

[0004]本专利技术为了解决上述技术问题，提供了一种燃料电池电堆的串并联配组方法，其能够保证电堆之间的一致性，使串并联后的电堆能够工作在最优功率点附近，提升燃料电池的工作性能。
[0005]为了解决上述问题，本专利技术采用以下技术方案予以实现：
[0006]本专利技术的一种燃料电池电堆的串并联配组方法，包括以下步骤：
[0007]S1：检测每个待配组电堆的伏安特性曲线，计算出所有待配组电堆的平均最优放电电压平均最优放电电流根据负载需求电压V
p
以及负载需求电流I<br/>p
计算出组成燃料电池需要串联的电堆组个数N以及组成每个电堆组需要并联的电堆个数M；
[0008]S2：根据每个待配组电堆的伏安特性曲线计算出待配组电堆的放电电压基准曲线，计算每个待配组电堆的放电电压曲线与放电电压基准曲线的欧式几何距离d，将待配组电堆按照其对应的欧式几何距离d的值从小到大排序，选取前N*M个待配组电堆作为初始配组电堆；
[0009]S3：将选出的N*M个初始配组电堆进行迭代谱聚类，直至将所有初始配组电堆分为N类，且每类包含M个初始配组电堆，将每类包含的M个初始配组电堆并联起来形成N个电堆组，将这N个电堆组串联完成配组。
[0010]在本方案中，先根据负载需求电压、负载需求电流计算出燃料电池需要的串并联结构以及需要的电堆数量N*M，接着选出一致性较好的N*M个电堆，最后对这N*M个电堆进行迭代谱聚类，将这些电堆分为N类，每类都有M个电堆，每类内的电堆的性能都更相近，将每类内的电堆并联构成电堆组，将N个电堆组串联组成燃料电池完成配组。这样挑选电堆并进行相应的串并联设置，能够保证燃料电池内电堆之间的一致性，使燃料电池能够工作在最优功率点附近，提升燃料电池整体的工作性能。
[0011]作为优选，所述步骤S1包括以下步骤：
[0012]S11：使用电化学工作站检测每个待配组电堆的伏安特性曲线；
[0013]S12：根据每个待配组电堆的伏安特性曲线得到每个待配组电堆的最大功率输出点P
max
以及其对应的最优放电电压V
O
、最优放电电流I
O
；
[0014]S13：计算所有待配组电堆的平均最优放电电压平均最优放电电流公式如下：
[0015]其中，V
O_i
表示第i个待配组电堆对应的最优放电电压，I
O_i
表示第i个待配组电堆对应的最优放电电流，K表示待配组电堆的总数，i＝1，2，
……
K；
[0016]S14：根据负载需求电压V
p
以及负载需求电流I
p
计算出组成燃料电池需要串联的电堆组个数N以及组成每个电堆组需要并联的电堆个数M，公式如下：
[0017]作为优选，所述步骤S2中根据每个待配组电堆的伏安特性曲线计算出待配组电堆的放电电压基准曲线的方法包括以下步骤：
[0018]根据每个待配组电堆的伏安特性曲线计算出待配组电堆的放电电压基准曲线，公式如下：
[0019][0020]其中，表示待配组电堆的放电电压基准曲线，x
j
表示伏安特性曲线的第j个放电电流采样值，j＝1，2，
……
S，S表示伏安特性曲线的放电电流采样总数，V
i
(x
j
)为第i个待配组电堆的伏安特性曲线对应放电电流下电压数据的矢量表示，K表示待配组电堆的总数，i＝1，2，
……
K。
[0021]作为优选，所述步骤S2中计算第i个待配组电堆的放电电压曲线与放电电压基准曲线的欧式几何距离d
i
的方法包括以下步骤：
[0022]采用如下公式计算欧式几何距离d
i
，
[0023][0024]所述步骤S3中将选出的N*M个初始配组电堆进行迭代谱聚类的方法包括以下步骤：
[0025]S31：设定聚类维数为N，以初始配组电堆的放电电压曲线作为关键数据对初始配组电堆进行谱聚类，构建初始电堆模组c
n
；
[0026]S32：统计每个初始电堆模组c
n
中初始配组电堆的个数q
n
，根据q
n
与M的关系，将初始电堆模组c
n
分为C1、C2、C3三类：
[0027][0028]将每个初始电堆模组c
n
放入对应的类；
[0029]S33：判断C1、C3类是否为空集，如果C1、C3类都为空集，则跳转至步骤S36，否则执行步骤S34；
[0030]S34：挑选出每个属于C3类的初始电堆模组c
n
中一致性最好的M个初始配组电堆，将没有被挑中的初始配组电堆都取出统一放入临时电堆模组c
m
中，每个属于C3类的初始电堆模组c
n
都只剩下M个初始配组电堆，将这些初始电堆模组c
n
都从C3类取出放入C2类中，新的C1、C3类表达如下：
[0031][0032]S35：将C1类中所有初始配组电堆取出与临时电堆模组c
m
中的所有初始配组电堆放在一起重新进行谱聚类，构建出新的初始电堆模组c
n
，将新的初始电堆模组c
n
分为C1、C2、C3三类，将每个新的初始电堆模组c
n
放入对应的类，跳转至步骤S33；
[0033]S36：C2类中的N个初始电堆模组c
n
就是最优聚类结果。
[0034]将选出的N*M个初始配组电堆进行谱聚类，将性能相近的初始配组电堆分在一个初始电堆模组c
n
中，根据每个初始电堆模组c
n
中初始配组电堆的个数q
n
进行分类，q
n
小于M的初始电堆模组c
n
放入C1类，q
n
等于M的初本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种燃料电池电堆的串并联配组方法，其特征在于，包括以下步骤：S1：检测每个待配组电堆的伏安特性曲线，计算出所有待配组电堆的平均最优放电电压平均最优放电电流根据负载需求电压V
p
以及负载需求电流I
p
计算出组成燃料电池需要串联的电堆组个数N以及组成每个电堆组需要并联的电堆个数M；S2：根据每个待配组电堆的伏安特性曲线计算出待配组电堆的放电电压基准曲线，计算每个待配组电堆的放电电压曲线与放电电压基准曲线的欧式几何距离d，将待配组电堆按照其对应的欧式几何距离d的值从小到大排序，选取前N*M个待配组电堆作为初始配组电堆；S3：将选出的N*M个初始配组电堆进行迭代谱聚类，直至将所有初始配组电堆分为N类，且每类包含M个初始配组电堆，将每类包含的M个初始配组电堆并联起来形成N个电堆组，将这N个电堆组串联完成配组。2.根据权利要求1所述的一种燃料电池电堆的串并联配组方法，其特征在于，所述步骤S1包括以下步骤：S11：使用电化学工作站检测每个待配组电堆的伏安特性曲线；S12：根据每个待配组电堆的伏安特性曲线得到每个待配组电堆的最大功率输出点P
max
以及其对应的最优放电电压V
O
、最优放电电流I
O
；S13：计算所有待配组电堆的平均最优放电电压平均最优放电电流公式如下：其中，V
O_i
表示第i个待配组电堆对应的最优放电电压，I
O_i
表示第i个待配组电堆对应的最优放电电流，K表示待配组电堆的总数，i＝1，2，
……
K；S14：根据负载需求电压V
p
以及负载需求电流I
p
计算出组成燃料电池需要串联的电堆组个数N以及组成每个电堆组需要并联的电堆个数M，公式如下：3.根据权利要求1所述的一种燃料电池电堆的串并联配组方法，其特征在于，所述步骤S2中根据每个待配组电堆的伏安特性曲线计算出待配组电堆的放电电压基准曲线的方法包括以下步骤：根据每个待配组电堆的伏安特性曲线计算出待配组电堆的放电电压基准曲线，公式如下：其中，表示待配组电堆的放电电压基准曲线，x
j
表示伏安特性曲线的第j个放电电流采样值，j＝1，2，
……
S，S表示伏安特性曲线的放电电流采样总数，V
i
(x
j
)为第i个待配组电堆的伏安特性曲线对应放电电流下电压数据的矢量表示，K表示待配组电堆的总数，i＝1，2，
……
K。4.根据权利要求3所述的一种燃料电池电堆的串并联配组方法，其特征在于，所述步骤S2中计算第i个待配组电堆的放电电压曲线与放电电压基准曲线的欧式几何距离d
i
的方法
包括以下步骤：采用如下公式计算欧式几何距离d
i
，5.根据权利要求1或2或3或4所述的一种燃料电池电堆的串并联配组方法，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄慧红，黄青丹，赵崇智，王婷延，宋浩永，
申请(专利权)人：广东电网有限责任公司广州供电局，
类型：发明
国别省市：