[发明专利]基于Modelica和露点接近温度的加湿器建模方法

说明书

本发明公开了一种基于Modelica和露点接近温度的加湿器建模方法，包括：获取所述加湿器在Modelica仿真环境下的初始模型；根据所述加湿器需要满足的“流量‑露点接近温度”特性，构建所述湿气通道的入口露点温度和所述干气通道的出口露点温度的关系方程；构建所述接口参数与所述湿气通道的入口露点温度的关系方程，以及所述性能参数与所述干气通道的出口露点温度的关系方程；如果任一关系方程中存在非一次项的待求解参数，对所述关系方程进行变形，以减少非一次项的待求解参数数量；如果变形后的方程中仍存在非一次项的待求解参数，对所述变形后的方程进行替换，使非一次项的待求解参数能够先于一次项的待求解参数被求解。

技术领域

本发明实施例涉及燃料电池仿真技术，尤其涉及一种基于Modelica和露点接近温度的加湿器建模方法。

背景技术

质子交换膜燃料电池的核心部件是膜电极，质子交换膜位于膜电极中部，起传导质子、隔离反应物和电子的作用，需要结合一定的水分才能起到较好的质子传导作用。因此，在燃料电池工作时一般在进口处使用加湿器对进入电池的气体进行加湿，避免直通的干气造成质子交换膜水含量下降，影响电池性能。

现有技术中，基于Modelica的加湿器模型中会存在非因果的约束条件，软件在仿真运算中需要不断尝试因果性拆分以及变量值的选取，直到仿真误差小于设定值，这会大幅增加迭代次数，从而降低系统效率，甚至由于非线性变量赋值错误导致系统无法运行。

发明内容

本发明实施例提供一种基于Modelica和露点接近温度的加湿器建模方法，以减少模型中的非线性环节，提高模型的仿真效率和稳定性。

第一方面，本发明实施例提供了一种基于Modelica和露点接近温度的加湿器建模方法，用于构建燃料电池加湿器的仿真模型，所述加湿器包括湿气通道、干气通道，以及位于所述湿气通道和所述干气通道的之间的质子交换膜，所述加湿器用于将所述湿气通道中的水分通过所述质子交换膜传输到所述干气通道中；

所述方法包括：

获取所述加湿器在Modelica仿真环境下的初始模型、性能参数和接口参数；其中，所述性能参数包括所述干气通道的出口相对湿度；所述接口参数包括所述湿气通道的入口压强、组分和质量流量，以及所述干气通道的出口压强；

根据所述加湿器需要满足的“流量-露点接近温度”特性，构建所述湿气通道的入口露点温度和所述干气通道的出口露点温度的关系方程，其中，所述“流量-露点接近温度”特性用于描述所述质量流量与露点接近温度的关系；

构建所述接口参数与所述湿气通道的入口露点温度的关系方程，以及所述性能参数与所述干气通道的出口露点温度的关系方程；

如果任一关系方程中存在非一次项的待求解参数，对所述关系方程进行变形，以减少非一次项的待求解参数数量；

如果变形后的方程中仍存在非一次项的待求解参数，对所述变形后的方程进行替换，其中，替换后的方程中包括所述关系方程的各待求解参数，且与其它关系方程联立后，非一次项的待求解参数能够先于一次项的待求解参数被求解；

将替换完成后的各方程和所述“流量-露点接近温度”特性作为所述初始模型的约束条件，由所述初始模型和约束条件共同构成最终的仿真模型。

第二方面，本发明实施例提供了一种基于Modelica和露点接近温度的加湿器仿真方法，基于Modelica的燃料电池加湿器的仿真模型实现，所述加湿器包括湿气通道、干气通道，以及位于所述湿气通道和所述干气通道的之间的质子交换膜，所述加湿器用于将所述湿气通道中的水分通过所述质子交换膜传输到所述干气通道中；所述仿真模型包括如下约束条件：

（1）

（2）

（3）

所述加湿器需要满足的“流量-露点接近温度”特性；