[发明专利]一种燃料电池的建模方法以及模拟方法

说明书

本发明实施例公开了一种燃料电池的建模方法。该方法包括：确定燃料电池组的参数，参数至少包括氢分压、氧分压、燃料电池的温度、电解质膜含水量，根据燃料电池组的参数，构建燃料电池组模型；基于供给管的气体体积为入口气体减去排气之差与阳极通道或阴极通道反应中消耗的气体的和，以及出口气体速率与内部气体分压的比率为恒定值，构建供给管模型；根据产生氢的燃料，构建燃料处理器模型；基于燃料电池组的实际电压与最大电压之间的差值表示未转换为电能并以热量形式释放的能量，构建冷却系统模型。通过上述方法，对燃料电池的各个部分进行单独建模，以及在构建燃料电池组模型时考虑了燃料电池的温度变化对模型参数的影响，提高了模型的准确性。

技术领域

本发明涉及燃料电池领域，具体涉及一种燃料电池的建模方法以及模拟的方法、装置。

背景技术

燃料电池是一种产生电能的电化学电池，它由两个称为电极的导体和电极之间的导电膜组成，两个电极之间的导电膜称为电解质。其中，燃料电池根据所用电解液的类型的不同分为以下几种类型：聚合物电解质燃料电池、碱性燃料电池、电池磷酸燃料、熔融碳酸盐燃料电池和电池固体氧化物燃料。与其他类型的燃料电池相比，聚合物电解质燃料电池由于温度低、工作压力低和功率密度高，更适合用于氢燃料汽车。现有技术中，对燃料电池进行的建模分一般分为两类：基于物理规则的理论模型，基于先前提出的模型通过实际试验获得的准实验模型。该两类建模的方法，都未考虑运行期间的温度变化、传质损失以及双层负载等的影响，进而模型的准确性较低。

综上所述，如何在在对燃料电池有效建模以及提高模型的准确性是目前需要解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明实施例提供了一种燃料电池的建模方法以及模拟的方法、装置，可以对燃料电池的各个部分进行单独建模，以及在构建燃料电池组模型时考虑了燃料电池的温度变化对模型参数的影响，提高了模型的准确性。

第一方面，本发明实施例提供了一种燃料电池的建模方法，该方法包括：确定燃料电池组的参数，所述参数至少包括氢分压、氧分压、燃料电池的温度、电解质膜含水量，根据所述燃料电池组的参数，构建燃料电池组模型；基于供给管的气体体积为入口气体减去排气之差与阳极通道或阴极通道反应中消耗的气体的和，以及出口气体速率与内部气体分压的比率为恒定值，构建供给管模型；根据产生氢的燃料，构建燃料处理器模型；基于燃料电池组的实际电压与最大电压之间的差值表示未转换为电能并以热量形式释放的能量，构建冷却系统模型。

可选的，所述构建燃料电池组模型，包括：根据燃料电池组的参数以及电化学热力学原理，得到单燃料电池的极化曲线表示；根据所述单燃料电池的极化曲线表示，得到所述燃料电池组的极化曲线表示；根据所述燃料电池组的极化曲线表示，构建燃料电池组模型。

可选的，所述构建燃料电池组模型的步骤，包括：根据所述燃料电池组的参数以及根据电容器，构建燃料电池组模型。

可选的，根据燃料电池组的参数以及电化学热力学原理，得到单燃料电池的极化曲线表示：

V_FC＝E_nernst-V_ohmic-V_act-V_conc

其中，V_FC为单燃料电池的电压；

E_nernst为单燃料电池中无损耗的开路电压；

V_ohmic为由于单燃料电池中电子和离子运动的阻力而产生的显著电压降；

V_act为单燃料电池中阳极和阴极处的激活压降；

V_conc为由于活性物质浓度降低而产生的压降。

可选的，根据所述单燃料电池的极化曲线表示，得到所述燃料电池组的极化曲线表示：