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专利号: 2022106212183
申请人: 燕山大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2026-07-01
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种提升燃料电池供电系统效率的方法,其特征在于:包括如下步骤:

步骤S1、将部分功率变换结构应用在燃料电池系统中并建立燃料电池系统效率与燃料电池串联个数的数学模型,选择使系统效率最高的燃料电池串联个数,提高系统效率;提升系统效率的步骤为:步骤S11、将燃料电池电压转化为与燃料电池串联个数相关的量:燃料电池电压等于一个燃料电池单元电压与串联个数的乘积,则其中vcell_min与vcell_max分别为燃料电池单元的最小值与最大值;

步骤S12、求取使系统效率最高的燃料电池串联个数,具体步骤为:

步骤S121、首先找到变换器的增益范围与输出电压vo的关系:

其中,vo为变换器输出电压,N为其变压器变比,M为变换器的输出电压增益;

步骤S122、建立燃料电池输出电压最大值vcell_max和最小值vcell_min、母线电压vbus与变换器输出电压最大值vomax和最小值vomin的关系:步骤S123、根据步骤S121和S122的关系,求的最大串联个数nmax为燃料电池的最优串联个数:步骤S2、在步骤S1的基础上,建立燃料流速与燃料电池系统的效率模型,得到燃料电池系统的最优效率曲线,当系统运行在最优效率曲线上时,进一步提高系统效率;提升燃料电池系统效率的步骤包括:S21、建立燃料流速与燃料电池系统的效率模型:燃料电池系统的效率ηsystem转化为与燃料电池效率ηFC和部分功率变换效率ηglobal的关系:ηsystem=ηglobal·ηFC

其中,燃料电池效率ηFC:

其中,IFC为燃料堆输出电流,vFC为燃料电池输出电压,Enern为能斯特电压,Paux为辅助系统损耗,vFC和Paux:vFC=E‑Vact‑Vcon‑Vohm,

其中,E为能斯特电压,Vact为活化极化电压,Vcon为浓差极化电压,Vohm为欧姆极化电压,k为比例系数,Q为流速,单位为L/s,η为风机效率,ηN为力矩,Pfix为固定损耗;

步骤S3、制定功率控制策略,通过功率控制策略使得燃料电池供电系统运行在步骤S2中燃料电池系统最优效率曲线的最优效率区,再进一步提升系统效率。

2.根据权利要求1所述的一种提升燃料电池供电系统效率的方法,其特征在于:所述步骤S2中提升燃料电池系统效率的步骤还包括:S22、根据步骤S21建立的燃料流速与燃料电池系统的效率模型,绘制燃料电池系统的三维效率曲面,找出并提取三维效率曲面中以输出电流为定值、燃料流速为自变量、燃料电池系统效率最大的点为每一个最优流速点进行标注,得到燃料电池系统的最优效率曲线,通过控制器调整燃料流速使系统运行在效率曲线上,提高系统效率。

3.根据权利要求2所述的一种提升燃料电池供电系统效率的方法,其特征在于:所述步骤S22中燃料电池系统的三维效率曲面依次分为轻载区、经济运行区、最大功率区,所述燃料电池系统效率大于等于0.75的区域为经济运行区,经济运行区左侧燃料电池系统效率低于0.75的区域为轻载区,经济运行区右侧燃料电池系统效率低于0.75的区域为最大功率区。

4.根据权利要求3所述的一种提升燃料电池供电系统效率的方法,其特征在于:所述步骤S3中基于步骤S2得到的燃料电池系统的最优效率曲线,采用蓄电池调节燃料电池系统的输出功率,使其运行在燃料电池系统最优效率曲线上的最优效率区,进一步提升系统效率。

5.根据权利要求4所述的一种提升燃料电池供电系统效率的方法,其特征在于:将步骤S3中燃料电池系统的最优效率曲线中的经济运行区分为四个控制区,第1控制区为轻载区与部分经济运行区,第2控制区为系统最优效率区,第3控制区为略大于最优效率区的区域,第4控制区为最大功率区,PSOFC_x为各个区域边界的燃料电池功率,蓄电池调节燃料电池系统的输出功率控制原则为:

1)当蓄电池没有充满且负载功率小于PSOFC_2时,燃料电池给蓄电池和负载同时供电,且燃料电池功率最多不超过PSOFC_2;

2)当蓄电池SOC低于最小值时,且负载功率低于PSOFC_3,燃料电池给蓄电池和负载同时供电,且燃料电池功率最多不超过PSOFC_3;

3)当蓄电池仍有余力放电,且负载功率大于PSOFC_2,则蓄电池与燃料电池同时为负载供电,且燃料电池功率不能低于PSOFC_2。