[发明专利]一种提升燃料电池供电系统效率的方法

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；

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；

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S1中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v_{cell_min}与v_{cell_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v_o的关系：

其中，v_o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v_{cell_max}和最小值v_{cell_min}、母线电压v_bus与变换器输出电压最大值v_omax和最小值v_omin的关系：

步骤S123、根据步骤S121和S122的关系，求的最大串联个数n_max为燃料电池的最优串联个数：

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S2中提升燃料电池系统效率的步骤为：

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η_system转化为与燃料电池效率η_FC和部分功率变换效率η_global的关系：

η_system＝η_global·η_PPC，

其中，燃料电池效率η_FC：

其中，I_FC为燃料堆输出电流，v_FC为燃料电池输出电压，E_nern为能斯特电压，P_aux为辅助系统损耗，v_FC和P_aux：

v_FC＝E-V_act-V_con-V_ohm，

其中，E为能斯特电压，V_act为活化极化电压，V_con为浓差极化电压，V_ohm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，η_N为力矩，P_fix为固定损耗；

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。

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。