[发明专利]一种基于灰匣子模型的燃料电池等效电路

摘要

本发明提出一种基于灰匣子模型的燃料电池等效电路，包括：第一输入端INu₁、第二输入端INu₂、第三输入端INu₃、第一子电路、第二子电路、第三子电路、第一反相输入求和电路、第二反相输入求和电路、第一反相比例运算电路及输出电压端；所述第一子电路，为开路可逆电动势与欧姆损失电位的差值子电路；所述第二子电路，为阳极电化学过电位子电路；所述第三子电路，为阴极电化学过电位子电路。本发明和其他模型比，建模准确，不用因为对象不同重新建立模型，既可以分析多个输入参数对电池影响，又可以与外部电路兼容，本发明等效电路可以用来分析与外部电路联系的电池性能。

主权项

1.一种基于灰匣子模型的燃料电池等效电路，其特征在于，包括：第一输入端INu₁、第二输入端INu₂、第三输入端INu₃、第一子电路、第二子电路、第三子电路、第一反相输入求和电路、第二反相输入求和电路、第一反相比例运算电路及输出电压端；所述第一输入端INu₁，加载的是直接甲醇燃料电池的对外输出电流密度i_a对应电流值；所述第二输入端INu₂，加载的是直接甲醇燃料电池阳极储液腔内的甲醇溶液浓度c_m0对应电流值；所述第三输入端INu₃，加载的是直接甲醇燃料电池阴极的氧气浓度对应电流值；所述第一子电路，具有一个输入端IN，一个输出端OUT，为开路可逆电动势与欧姆损失电位的差值子电路，其输出为‑E_Ω，其中，E₀为开路可逆电动势，为欧姆损失电位，I为直接甲醇燃料电池的输出电流，δ为膜组件厚度，κ为质子交换膜的电导率；所述第二子电路，具有三个输入端和一个输出端OUTA，三个输入端包括：输入端INA1、输入端INA2、输入端INA3，为阳极电化学过电位子电路，其输出为η_a，即阳极电化学过电位；所述第三子电路，具有三个输入端和一个输出端OUTC，三个输入端包括：输入端INC1、输入端INC2、输入端INC3，为阴极电化学过电位子电路，其输出为η_c，即阴极电化学过电位；第一输入端INu₁分别与第一子电路输入端IN、第二子电路输入端INA1与INA3、第三子电路输入端INC1相连接，第二输入端INu₂分别与第二子电路输入端INA2、第三子电路输入端INC2相连接，第三输入端INu₃与第三子电路输入端INC3相连接；所述第一反相输入求和电路，由电阻Ru11、Ru12、Ru13、Ru14和运算放大器A1组成反相输入求和电路；第二子电路输出OUTA与电阻Ru11一端相连接，Ru11另一端分别与Ru13一端、运算放大器A1反相输入端相连接，Ru13另一端与运算放大器A1输出端相连接，第三子电路输出OUTC与电阻Ru12一端相连接，Ru12另一端与运算放大器反相输入端相连接，运算放大器A1同相输入端与电阻Ru14一端相连接，Ru14另一端与地相连接；所述第一反相比例运算电路，由电阻Ru15、电阻Ru16、电阻Ru21和运算放大器A2组成反相比例运算电路；运算放大器A1输出端与电阻Ru21一端相连接，电阻Ru21另一端分别与电阻Ru15一端、运算放大器A2反相输入端相连接，电阻Ru15另一端与运算放大器A2输出端相连接，运算放大器A2同相输入端与电阻Ru16一端相连接，电阻Ru16另一端与地相连接；所述第二反相输入求和电路，由电阻Ru17、电阻18、电阻Ru20、电阻Ru19和运算放大器A3组成反相输入求和电路；运算放大器A2输出端与电阻Ru18一端相连接，Ru18另一端与运算放大器A3反相输入端相连接；第一子电路输出OUT与电阻Ru17一端相连接，电阻Ru17另一端分别与电阻Ru19一端、运算放大器A3反相输入端相连接，电阻Ru19另一端与运算放大器A3输出端Uout相连接；运算放大器A3同相输入端与电阻Ru20一端相连接，电阻Ru20另一端与地相连接；所述输出电压端，即为运算放大器A3输出端Uout。