[发明专利]一种提升燃料电池供电系统效率的方法

说明书

本发明公开了一种提升燃料电池供电系统效率的方法，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。

技术领域

本发明涉及燃料电池供电系统领域，尤其是一种提升燃料电池供电系统效率的方法。

背景技术

燃油汽车对环境造成的污染日趋严重，为了减小汽车对环境的污染，全球大力发展高效、清洁、无污染的电动汽车，而燃料电池在整个经济运行区内具有高效率，因此对于电动汽车来说，燃料电池是非常有吸引力的电源。而影响其商业化潜力的核心因素是燃料电池系统所需要的电力成本。因此提高运行效率是设计具有高市场竞争力的高性价比燃料电池电池系统的关键问题。

对于提升效率，大多通过控制策略减小等效损耗，跟踪最大效率点的方式来提升燃料电池的效率，而本发明将部分功率变换结构应用在燃料电池系统中并从燃料流速角度优化燃料电池效率和系统效率，具有良好的效果，而大多数都没有将部分功率变换结构应用到燃料电池系统中，这是由于燃料电池输出电压范围较宽，当其电压较低时，系统的部分功率变换效率有低于全功率变换效率的可能，而本文通过燃料电池串联个数选择方案和最优效率曲线方案解决了此问题。而其他相关文献只研究单一工况下燃料流速对燃料电池的影响，均没有将燃料流速对燃料电池的影响转化为最优效率曲线。

发明内容

本发明需要解决的技术问题是提供一种提升燃料电池供电系统效率的方法，通过对燃料电池串联个数的选择和基于燃料电池系统的最优效率曲线功率控制策略来提升燃料电池系统的效率的方法相对于其他方案更加简单且效率更高。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种提升燃料电池供电系统效率的方法，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。

本发明技术方案的进一步改进在于：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；