[发明专利]一种基于Amesim的燃料电池空气系统建模仿真方法

说明书

本发明公开了一种基于Amesim的燃料电池空气系统建模仿真方法，包括：根据燃料电池单节电池的输出特性和工作机理进行线性回归建立单电池输出特性模型；采用标准电动势减去多种损耗电压表示单电池输出特性模型的输出电压，基于单电池输出特性模型、结合实际燃料电池堆节数乘以节数的增益获得燃料电池堆模型；根据实测数据及电堆结构组成在空气出口处添加节流原件，并根据不同工况下的输出特性阻流系数的改变设置符合要求的节流面积，从而模拟电堆在不同工况下的压力降；将燃料电池空气子系统中的零部件连接起来，搭建燃料电池空气系统仿真模型，将仿真数据与实测数据进行对比验证该燃料电池空气系统仿真模型的精准度。

技术领域

本发明涉及燃料电池技术领域，尤其涉及一种基于Amesim的燃料电池空气系统建模仿真方法。

背景技术

氢燃料电池是新世纪以来，深受人们欢迎并具有广泛发展前景的一类发电装置。它是以氢气、氧气为原料，不断的发生电化学反应，进而能够把化学能转化生成电能。其具备运行温度低、功率密度高、响应速度快、良好的稳定性、无污染气体排放、不受卡诺循环的限制等特点，被人们视为未来汽车行业的新希望。但是氢燃料电池本身是一个非线性、强耦合的复杂动态系统，尤其燃料电池的空气子系统涉及众多部件的协调工作，更为复杂。为了更加有效的对燃料电池空气子系统进行研究，找到一个能准确描述它性能和变化趋势的模型及模型搭建方法就显得尤为重要。

在现有技术中一般基于机理方程或半经验方程建立(半)机理模型，因此不能反映电堆或电池系统运行的实际状况，也没有考虑空气子系统相关零部件模型的搭建。

发明内容

根据现有技术存在的问题，本发明公开了一种基于Amesim的燃料电池空气系统建模仿真方法，具体包括如下步骤：

根据燃料电池单节电池的输出特性和工作机理进行线性回归建立单电池输出特性模型；

采用标准电动势减去多种损耗电压表示单电池输出特性模型的输出电压，其中多种损耗电压包括活化过电压、欧姆过电压和浓差过电压；

基于单电池输出特性模型、结合实际燃料电池堆节数乘以节数的增益获得燃料电池堆模型；

根据实测数据及电堆结构组成在空气出口处添加节流原件，并根据不同工况下的输出特性阻流系数的改变设置符合要求的节流面积，从而模拟电堆在不同工况下的压力降；

燃料电池空气子系统包括流量计、空压机、中冷器、节气门、温度/压力传感器和管路结构，采集空压机的升压比、流量、效率和转速信息并输入至混合气体库中的空压机模型中从而建立完整的空压机模型；

将燃料电池空气子系统中的零部件连接起来，搭建燃料电池空气系统仿真模型，将仿真数据与实测数据进行对比验证该燃料电池空气系统仿真模型的精准度。

进一步的，所述燃料电池空气子系统中的电堆模型考虑电堆空气入口和空气出口之间的压力降，通过改变节流件的节流面积来模拟电堆在不同工况下的所述压力降。并可将此方法引用到不同电堆模型之中，完成不同电堆模型的精确建模。

进一步的，所述燃料电池空气子系统采用数据信号分段处理方式将不同阶段下的转速和开度输入至空压机和节气门中。

进一步的，所述燃料电池空气子系统将电流插值设置为关于时间的函数进行空气系统的动态工况仿真。

进一步的，所述燃料电池空气子系统对流量计、空压机、中冷器、节气门、温度/压力传感器以及相应的管路的输出性能进行评估判断是否满足使用要求。