一种基于内阻模型的燃料电池燃料利用率的计算方法技术

一种基于内阻模型的燃料电池燃料利用率的计算方法。包括：本发明专利技术是基于燃料电池的内阻特性模型和燃料电池利用率计算模型相结合的计算方法。首先通过分析燃料电池的内部机理，结合U

【技术实现步骤摘要】
一种基于内阻模型的燃料电池燃料利用率的计算方法

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[0001]本专利技术属于质子交换膜燃料电池燃料利用率领域，涉及一种基于内阻模型的燃料电池燃料利用率的计算方法。

技术介绍
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[0002]在各类型的燃料电池中，质子交换膜燃料电池因其能量效率高、体积重量小，冷启动时间短和清洁无污染的特点，使其在新能源汽车等领域具有广泛的应用前景。燃料电池堆在实际运行过程中会根据负载需求功率的变化经历低载、高功率等工况。各工况下，燃料电池堆内部参数如质子交换膜的湿润程度、气体流速、电化学反应生成水量都有很大不同。这些参数直接或间接地影响了燃料电池的燃料利用率等输出性能。燃料利用率作为燃料电池堆的一个重要参数，高燃料利用率表明电堆的排放氢气少，不仅可以提高电堆的安全性、稳定性，同时也提高了燃料电池的发电效率。目前为止，关于燃料电池燃料利用率的计算方法，大都只是通过实验来计算电堆的氢气消耗量和输入量之间的比值。此类方法中，燃料电池理论的燃料利用率与实际值之间存在一定的偏差。
[0003]鉴于上述的仅基于进气量与出气量的比值的方法的缺陷，本专利技术在基于燃料电池本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于内阻模型的燃料电池燃料利用率的计算方法，其特征在于：通过建立燃料电池的内阻特性模型和燃料利用率模型，建立内阻和燃料利用率之间的计算关系，包括以下步骤：步骤一：燃料电池在正常工作时，所得电池电压低于其理想的平衡值，产生电池电压损失；由电压损失现象产生的原因及特点不同，可将电阻分为活化内阻R
f
、欧姆内阻R
m
、浓差内阻R
d
；具体推导步骤如下：S1.活化内阻R
f
主要是在电化学反应初期，电堆需消耗能量来克服反应物的活化能垒，建立R
f
与电堆的电化学反应速率、电流密度、工作温度等因素之间关系的特性方程，其表达式为：R
f
＝RT
stack
ln(T0i/(i0T
stack
exp[
△
G(1/T0‑
1/T
stack
)/R]))/(αnFi)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1)其中，α为电化学反应速率参数；n为电化学反应转移电子数；F为法拉第常数；R为理想气体常数；i0为T0温度下的交换电流密度，i为T
stack
温度下的电流密度，A/cm2；T0为电堆的标准温度，T
stack
为电堆的工作温度，K；S2.欧姆内阻R
m
主要是由于电化学反应过程中，电荷在穿过质子交换膜时受到阻碍作用，其满足以下关系式：R
m
＝r
m
t
m
/A
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(2)r
m
＝α1[1+α2i+α3(T
stack
/α4)2i
2.5
]/([λ
m
‑
α6‑
3i]exp[α7(1
‑
α4/T
stack
)])
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(3)其中，t
m
为质子交换膜厚度，μm；A为电化学反应面积，cm2；r
m
为经验公式；λ
m
为质子交换膜含水量，其表达式为：S3.当燃料电池堆工作在高电流密度段时，反应物在电极上快速消耗，反应物的浓度急剧下降，浓差极化现象加剧，浓差内阻会大幅增加；浓差内阻R
d
可表示为：R
d
＝RT
stack
δ/(AC
g
D
eff
ρ2F2)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(5)其中，δ为扩散层厚度，μm；C
g
为反应物总浓度，mol/L；D
eff
为运行状态的水迁移系数，D
λ
为初始状态的的水迁移系数，J/(K
·
mol)；β为电导率系数；α1～α7、β1～β4和γ1～γ4均为模型经验参数；S4.根据步骤中的S1、S2与S3所得的三个内阻特性方程，当燃料电池堆输出为直流电时，等效电路中的C
dl
、C
d
可视为断路，其产生...

【专利技术属性】
技术研发人员：崔健，周光乐，陈敢，顾志伟，徐拥华，卫东，郑俊，
申请(专利权)人：衢州光明电力投资集团有限公司赋腾科技分公司，
类型：发明
国别省市：