[发明专利]一种燃料电池最大功率点直接计算与跟踪方法

权利要求书

1.一种燃料电池最大功率点直接计算与跟踪方法，其特征在于：

步骤一：先在电堆温湿度上下限范围内，找一组温度和湿度值进行实验；改变电流密度得到一条V-I曲线，得到欧姆段斜率R₁；选择暂定温度或者湿度，改变原有的湿度或者温度，再通过改变电流密度获得一条V-I曲线，得到欧姆段斜率R₂；

步骤二：通过比较R₁和R₂的大小，如果R₁比R₂大，则下一组数据继续沿着湿度增大或者减小的方向增大或减小，直到得到的欧姆段斜率不再减小；同理找到最优湿度后改变温度找到最优温度，最后找到最优操作条件即最优的V-I曲线；

步骤三：分两种情况求最大功率点，分别为最大功率点在欧姆段和最大功率点在浓差段；

在所得的V-I曲线中，由于中间的欧姆段偏向于一条直线，可以得到E关于I的表达式；将其带入功率运算式子P＝EI中，计算出最大功率点I₀的值，若I₀在欧姆段上则所求点即为最大功率点，若I₀在浓差段上，则判断出最大功率点在浓差段，用步骤四计算最大功率点；

步骤四：V-I曲线分为活化段、浓差段和欧姆段，其电压输出公式如下所示：

E＝E_oc-(a+bln(i))-(A+ΔR₀i)-meⁿⁱ (1)

E_oc是燃料电池热力学电动势，其中a，b为常数，b是tafel公式的斜率，所代表的活化电压损失；A是常数，△R₀是欧姆段斜率，所代表欧姆电压损失；m，n是常数根据电堆的特性求得，所代表浓差段电压损失；浓差段主要电压损耗来自于浓差电阻，所以浓差段电压公式表达了浓差电压与电流密度之间的关系，公式满足以下关系式：

E＝E_oc-me^nI (2)

浓差段的电势为E，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，其数值由电解质的传导率和气体扩散层的孔隙决定；

通过最优V-I曲线所对应的温度和湿度，改变电流密度得到关于浓差段电压和电流密度之间的曲线，根据已有的电堆性能求出m和n值，以求出整个浓差段电压关系式；把浓差段电压公式代入P＝EI的公式中，在求解其最大功率点时，得到一个微分方程，解出该微分方程，得到I₀并带入浓差段公式中求出E₁的值；

步骤五：把上述所得的电流密度值I₀带入最优V-I曲线中可以得到一个电压值E₂；由于浓差段电压公式是有一些条件限制的，不可能完完全全贴合实际的曲线，E₁和E₂肯定是不可能完全相同，是存在一定的偏差的；可以求得两个电压值的相对误差来校验以上步骤的正确性，误差公式如公式(4)所示：

这一步骤可以检验E₁，E₂是否相符合，若误差较大则E₁，E₂需按上述步骤重新计算；

步骤六：实际应用中，若上述步骤以及计算正确得到最大功率输出点为(I₀，E₂)；理论上该点即为最大功率输出点，但是本身这个最优V-I就是需要一定的拟合的，所以真正的最大功率输出点应该在点(I₀，E₂)的附近，此时再使用扰动观测法快速找到真正的最大功率输出点。