1.一种燃料电池最大功率点直接计算与跟踪方法,其特征在于:
步骤一:先在电堆温湿度上下限范围内,找一组温度和湿度值进行实验;改变电流密度得到一条V-I曲线,得到欧姆段斜率R1;选择暂定温度或者湿度,改变原有的湿度或者温度,再通过改变电流密度获得一条V-I曲线,得到欧姆段斜率R2;
步骤二:通过比较R1和R2的大小,如果R1比R2大,则下一组数据继续沿着湿度增大或者减小的方向增大或减小,直到得到的欧姆段斜率不再减小;同理找到最优湿度后改变温度找到最优温度,最后找到最优操作条件即最优的V-I曲线;
步骤三:分两种情况求最大功率点,分别为最大功率点在欧姆段和最大功率点在浓差段;
在所得的V-I曲线中,由于中间的欧姆段偏向于一条直线,可以得到E关于I的表达式;
将其带入功率运算式子P=EI中,计算出最大功率点I0的值,若I0在欧姆段上则所求点即为最大功率点,若I0在浓差段上,则判断出最大功率点在浓差段,用步骤四计算最大功率点;
步骤四:V-I曲线分为活化段、浓差段和欧姆段,其电压输出公式如下所示:
E=Eoc-(a+bln(i))-(A+ΔR0i)-meni (1)Eoc是燃料电池热力学电动势,其中a,b为常数,b是tafel公式的斜率,所代表的活化电压损失;A是常数,△R0是欧姆段斜率,所代表欧姆电压损失;m,n是常数根据电堆的特性求得,所代表浓差段电压损失;浓差段主要电压损耗来自于浓差电阻,所以浓差段电压公式表达了浓差电压与电流密度之间的关系,公式满足以下关系式:E=Eoc-menI (2)
浓差段的电势为E,m和n均表示质子交换膜燃料电池反应时的质量传递系数,其数值由电解质的传导率和气体扩散层的孔隙决定;
通过最优V-I曲线所对应的温度和湿度,改变电流密度得到关于浓差段电压和电流密度之间的曲线,根据已有的电堆性能求出m和n值,以求出整个浓差段电压关系式;把浓差段电压公式代入P=EI的公式中,在求解其最大功率点时,得到一个微分方程,解出该微分方程,得到I0并带入浓差段公式中求出E1的值;
步骤五:把上述所得的电流密度值I0带入最优V-I曲线中可以得到一个电压值E2;由于浓差段电压公式是有一些条件限制的,不可能完完全全贴合实际的曲线,E1和E2肯定是不可能完全相同,是存在一定的偏差的;可以求得两个电压值的相对误差来校验以上步骤的正确性,误差公式如公式(4)所示:这一步骤可以检验E1,E2是否相符合,若误差较大则E1,E2需按上述步骤重新计算;
步骤六:实际应用中,若上述步骤以及计算正确得到最大功率输出点为(I0,E2);理论上该点即为最大功率输出点,但是本身这个最优V-I就是需要一定的拟合的,所以真正的最大功率输出点应该在点(I0,E2)的附近,此时再使用扰动观测法快速找到真正的最大功率输出点。