一种面向能效优化的燃料电池系统停机方法技术方案

本发明专利技术公开了一种面向能效优化的燃料电池系统停机方法，属于燃料电池技术领域，具体为：先获取电堆相关参数和常量；收到停机指令后获取停机时刻的初始电堆温度和环境压力；设定总迭代次数，对每次迭代分别计算气体扩散层面向气体流道的水传递阶段的时间和面向脊背的水传递阶段的时间，以及质子交换膜的水传递阶段的时间，得到每次迭代时吹扫空压机的电耗，进而得到每次迭代的吹扫综合代价函数值；取所有迭代中吹扫综合代价函数最小值对应的空气流量值和总时间，以此进行吹扫。本发明专利技术利用粒子群优化算法搜索寻优，将含水量变化与系统能效进行结合，在保证停机过程含水量适宜的同时优化系统能效。同时优化系统能效。同时优化系统能效。

【技术实现步骤摘要】
一种面向能效优化的燃料电池系统停机方法


[0001]本专利技术属于燃料电池
，具体涉及一种面向能效优化的燃料电池系统停机方法。

技术介绍

[0002]质子交换膜燃料电池具有低噪音、环境友好和转换效率高等特点，在交通、能源等领域均具有广泛的应用前景。燃料电池系统一般由质子交换膜燃料电池电堆(简称电堆)、阴极空气子系统、阳极氢气子系统、循环水子系统和功率变换器组成，可作为动力源应用于车辆、船舶等交通领域，相比于传统动力电池具有续航里程长、燃料加注速度快等优势。
[0003]燃料电池系统在运行过程中面临多种复杂的组合工况，根据文献表明，在燃料电池系统停机过程中，电堆内水含量的大小会大幅影响系统运行的可靠性。由于电堆在运行过程中会反应产生水，当大量液态水残留在电堆的质子交换膜、催化层、气体扩散层和气体流道中时，电堆在常温状态下启动可能会出现局部水淹，使得反应气体分布不均匀，导致启动性能不佳甚至启动失败。此外，如果电堆吹扫过度，膜脱水严重，导致质子传导能力大幅下降，内阻急剧增大，同样会导致启动失败。停机过程的含水量主要通过调节吹扫气体流量、本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种面向能效优化的燃料电池系统停机方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1、获取电堆相关参数和常量；电堆相关参数包括：气体扩散层的厚度δ
GDL
，气体扩散层的孔隙率ε，气体扩散层的初始液态水饱和度s0，气体流道的厚度δ
chan
，脊背的宽度w
land
，质子交换膜的等效质量W
e
，质子交换膜的干膜密度ρ
dry
，质子交换膜的厚度δ
mem
，空气入堆管道直径d，以及电堆节数n
stack
；常量包括：液态水的密度ρ
l
，水的摩尔质量M
H2O
，水蒸气在空气中的扩散率D
g
，玻尔兹曼常数n，标准状态下气体的压力p0与温度T0；步骤2、燃料电池系统收到停机指令，获取停机时刻的初始电堆温度T和环境压力p；步骤3、设定总迭代次数为K，令k＝1；步骤4、根据空压机在无背压条件下的最小空气流量Q
airmin
和最大空气流量Q
airmax
，初始化第k次迭代的空气流量值Q
air,k
，满足Q
airmin
≤Q
air,k
≤Q
airmax
；步骤5、以第k次迭代的空气流量值Q
air,k
、初始电堆温度T和环境压力p为输入条件，计算第k次迭代时气体扩散层面向气体流道的水传递阶段的时间t
1,k
，具体为：存在公式：其中，δ
1,k
为第k次迭代时蒸发界面在垂直方向上的移动距离；φ
1,k
为在t
1,k
时间内气体流道的相对湿度；C
sat
为液态水饱和蒸气压；通过对f1(Q
air,k
,T,p)的两个公式进行联立求解，得到δ
1,k
随时间t的变化曲线，将δ
1,k
＝δ
GDL
时对应的时间作为t
1,k
；步骤6、以第k次迭代的空气流量值Q
air,k
、初始电堆温度T和环境压力p为输入条件，计算第k次迭代时气体扩散层面向脊背的水传递阶段的时间t
2,k
，具体为：存在公式：其中，δ
2,k
为第k次迭代时蒸发界面在水平方向上的移动距离；φ
2,k
为在t
2,k
时间内气体流道的相对湿度；通过对f2(Q
air,k
,T,p)的两个公式进行联立求解，得到δ
2,k
随时间t的变化曲线，将δ
1,k
＝w
land
/2时对应的时间作为t
2,k
；步骤7、以第k次迭代的空气流量值Q
air,k
、初始电堆温度T和环境压力p为输入条件，计算第k次迭代时质子交换膜的水传递阶段的时间t
3,k
，具体为：
存在公式：其中，φ

【专利技术属性】
技术研发人员：王仁康，李凯，明元，曹继申，葛兴毅，汤浩，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：