[发明专利]一种车用燃料电池动态工况下热力学性能的综合评价方法

说明书

本发明涉及一种车用燃料电池动态工况下热力学性能的综合评价方法，该方法包括如下步骤：(1)建立车用质子交换膜燃料电池(PEMFC)系统模型，主要包括：电压模型、空压机模型、加湿器模型、冷却水泵、氢气循环泵模型。对模型进行实验验证与参数分析。(2)通过给定PEMFC阶跃变化电流以达到模拟燃料电池汽车在行驶过程中负载变化情况。(3)利用电效率、热效率、全系统效率等模型对系统在电流阶跃变化情况下的热力学性能进行评价以达到车用PEMFC动态动态工况下的系统热力学评价。与现有技术相比，本发明评价结果更客观可靠，与行驶过程中的燃料电池热力学性能更相一致。

技术领域

本发明涉及质子交换膜燃料电池领域，具体涉及一种车用燃料电池动态工况下热力学性能的综合评价方法。

背景技术

氢燃料电池技术是一种具有较高环境潜力的友好能源转换技术。它在不燃烧的情况下，将空气中的不燃烧，直接将化学能转化为电能。如果使用纯氢，唯一排出的产物是水，它几乎不产生污染物。燃料电池的热力学性能研究是体现燃料电池的输出效率和提升系统各项性能指标的重要环节，引起了研究者的高度重视，逐渐成为了燃料电池研究领域的热点。对于燃料电池，热力学分析不仅可以预测燃料电池中的化学反应是否可以自发发生，反应产生的最大电压，而且还可以给出燃料电池各参数的理论边界值。为了解系统内部反应机理和水和传热过程提供了有效途径。随着时代发展变迁，燃料电池作为动力系统在新能源汽车中使用越来越广泛，拥有着巨大发展潜力。因此，考虑动态工况下车用质子交换膜燃料电池热力学性能显得更为重要，也更符合目前车用燃料电池的发展需求。为了解决目前燃料电池汽车动态热力学评价的问题，本文提出了一种动态工况下的车用PEMFC系统热力学评价方法。

发明内容

本发明的主要目的是针对车用PEMFC热力学性能评价中存在的技术缺陷，提出了一种用于动态工况下的车用PEMFC的热力学评价方法，通过模拟车辆变负载下的PEMFC电流阶跃，再使用基于热力学第一定律、第二定律的热力学评价数学模型，实现对动态工况下的车用PEMFC热力学评价，以获得行驶中新能源汽车的燃料电池热力学性能。

本发明为实现以上目的，采用以下技术方案：

一种车用燃料电池动态工况下热力学性能的综合评价方法，该方法包括如下步骤：

(1)建立车用质子交换膜燃料电池(PEMFC)系统模型，主要包括：电压模型、空压机模型、加湿器模型、冷却水泵、氢气循环泵模型。对模型进行实验验证与参数分析。

1.电压模型

电压方程是由，阴极氧气分压、阳极氢气分压、电流、膜水含量参数、温度构成的函数，表示如下：

V_cell＝E_nernst-V_act-V_ohm-V_conc (1)

E_nernst为能斯特理想电压，V_act是激活极化损耗电压，V_ohm是欧姆极化损耗电压，V_conc为浓差极化损耗电压。

2.空压机模型

高压是PEMFC良好性能的保证，由于燃料电池堆在高压下运行，入口气体应由压缩机压缩可以计算如下：

c_p为入口气体的恒压比热容，ΔT_gas是进口气体压缩后的温升(K)，指的是气体质量流。

3.加湿器模型

气体加湿的耗热量可等于进气温度下将298K水转化为饱和蒸汽的成本，计算公式可为：