一种水冷型燃料电池温度优化与控制方法

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一种水冷型燃料电池温度优化与控制方法,其特征在于：通过机理法建立燃料电池内阻模型,热管理模型,通过实验数据对模型参数进行优化,以优化后的模型为指导,相应的调整控制变量大小,实现对燃料电池堆内温度的控制具体,步骤如下：步骤一：根据燃料电池等效电路模型,燃料电池输出性能损耗的根本原因是电堆工作过程中产生活化内阻Rf、欧姆内阻Rm、浓差内阻Rd,由于电堆正常工作时输出时直流电,故电堆内阻不考虑容性阻抗及其他复阻抗。因此,电堆总内阻Rstack为Rf、Rm、Rd三者之和；步骤二：在电堆运行过程中会伴随着热量的生成与散失,电堆内部热量变化的主要原因有：电堆电化学反应生成的热量ΔQ1、冷却水带走的热量ΔQ2、尾气排放带走的热量ΔQ3。假设控制器采样时间为t、尾气排放间隔时间为tP、尾气排放时间为t’,基于能量守恒定律,机理法建立燃料电池温度模型：其中：ΔT为堆内温度变化值,℃；为环温饱和蒸汽密度,kg/m3；为电堆内部饱和蒸汽密度,kg/m3；vc为进气流量,L/min；Catr,c、Cstack分别为水蒸气、氢气、空气、电堆比热容,kJ/kg·℃；RHa,in、RHc,in分别为氢气和空气进气湿度；Tstack、Te分别为电堆和环境温度,℃；为汽化水质量；r为水蒸气汽化潜热,40.2kJ/mol；步骤三：对内阻模型进行仿真,由仿真结果可知：以燃料电池当前所处段内阻最小和总内阻最小为寻优原则,得出活化段、欧姆段、浓差段最优温度操作条件；对热管理模型进行仿真,可知冷却水流量对温度影响较大,而尾气排放时间与尾气排放间隔时间对温度影响较小；步骤四：通过仿真得到电堆不同工作阶段下最优温度值虽具有指导意义,但并不能等效电堆真实工况,故以仿真结果为指导,在仿真得到的最优温度值的较小范围内通过实验数据再次进行寻优；通过实验得到数据,对内阻模型、热管理模型进行拟合并分析误差,验证模型有效性；步骤五：根据上述结论进行控制,阻抗测试仪依次向电堆发射高频到低频小幅振荡的交流电信号,根据得到的响应信号计算出当前电流下的分段内阻Rf、Rm、Rd与总内阻Rstack,将信号发送给信号处理器,信号处理器基于内阻模型计算得出当前电流下的电堆内部温度值Tstack,并与最优温度值T优对比产生偏差信号ΔT传输给温度控制器；温度控制器根据热管理模型计算出相应控制变量的调.节大小并产生控制信号作用于驱动装置；驱动装置将信号放大后产生驱动信号作用于冷却水电磁阀和尾气排放电磁阀,对控制变量进行调整,在此过程中,信号处理器不停的检测堆内温度传给温度控制器。

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