质子交换膜燃料电池电堆建模方法、装置及介质与流程

本公开涉及新能源，特别涉及一种质子交换膜燃料电池电堆建模方法、装置及介质。

背景技术：

1、随着清洁能源需求的不断增长，质子交换膜燃料电池（pemfc）作为一种高效、低污染的能源转换技术逐渐引起了广泛关注。质子交换膜燃料电池（pemfc）电堆的性能直接影响燃料电池系统的整体效率和稳定性。为了更好地理解和优化pemfc电堆的工作，研究者们迫切需要一种有效的建模方法，以深入挖掘电堆内部的复杂物理、化学过程。

2、在现有技术中，pemfc电堆的建模方法多种多样，涵盖了气体扩散、电子传导、质子传导、反应动力学等多个方面。然而，现有方法仍然存在一些挑战，例如在考虑电堆的内阻或极限电流等参数时，无法直接得到准确的数据，只能够根据以往经验使用估计的数值。

3、目前，基于能斯特电压、活化极化损失电压、欧姆极化损失电压、以及浓差极化损失电压计算得到电堆的单体电压。燃料电池的建模方案中，活化极化损失电压、欧姆极化损失电压以及浓差极化损失电压的计算都依赖于电堆膜内阻以及极限电流等电堆内部参数，但这些参数都是难以确定的，它们会随着电堆的工作状态不断变化，而现有的技术方案都是根据经验采用某一接近的确定值来进行建模，这势必会影响模型的准确性。

技术实现思路

1、本公开提供了一种质子交换膜燃料电池电堆建模方法、装置及介质，以解决上述技术问题。

2、根据本公开的第一方面，提供了一种质子交换膜燃料电池电堆建模方法，所述方法包括：利用粒子群优化算法确定电堆的相关参数；基于开路电压、活化极化损失电压、欧姆极化损失电压、以及浓差极化损失电压，计算得到电堆的单体电压。

3、在一些实施例中，所述利用粒子群优化算法确定电堆的相关参数，其中，粒子群优化算法计算的流程包括：初始化粒子群参数；随机初始化每个粒子的位置和速度；判断是否满足条件；如果不满足条件，更新每个粒子的速度和位置；计算每个粒子的适应值；更新每个粒子的个体最优适应值和位置；更新其他参数。

4、在一些实施例中，如果满足条件，输出最优解。

5、在一些实施例中，所述基于开路电压、活化极化损失电压、欧姆极化损失电压、以及浓差极化损失电压，计算得到电堆的单体电压，其中，开路电压的计算，包括：

6、根据公式：，计算得到开路电压；其中，表示燃料电池输出电压，表示开路电压，表示燃料电池电堆电流密度，表示燃料电池的欧姆内阻，表示燃料电池工作时的温度，表示交换电流密度，表示极限电流密度，表示燃料电池单片，皆表示经验参数。

7、在一些实施例中，所述基于开路电压、活化极化损失电压、欧姆极化损失电压、以及浓差极化损失电压，计算得到电堆的单体电压，其中，活化极化损失电压的计算，包括：根据公式：，计算得到活化极化损失电压；其中，表示电堆模型的相关经验系数；表示质子膜表面氧气浓度。

8、在一些实施例中，所述基于开路电压、活化极化损失电压、欧姆极化损失电压、以及浓差极化损失电压，计算得到电堆的单体电压，其中，欧姆极化损失电压的计算，包括：

9、根据公式：，计算得到欧姆极化损失电压；其中，表示质子膜的内阻。

10、在一些实施例中，所述基于开路电压、活化极化损失电压、欧姆极化损失电压、以及浓差极化损失电压，计算得到电堆的单体电压，其中，浓差极化损失电压的计算，包括：

11、根据公式：，计算得到浓差极化损失电压；其中，表示一个取决与电池工作状态的经验参数，表示最大电流密度。

12、在一些实施例中，所述基于开路电压、活化极化损失电压、欧姆极化损失电压、以及浓差极化损失电压，计算得到电堆的单体电压，包括：

13、根据公式：，计算得到电堆的单体电压；其中，表示开路电压，表示活化极化损失电压，表示欧姆极化损失电压，表示浓差极化损失电压。

14、根据本公开的第二方面，提供了一种质子交换膜燃料电池电堆建模装置，包括：确定模块，用于利用粒子群优化算法确定电堆的相关参数；计算模块，用于基于开路电压、活化极化损失电压、欧姆极化损失电压、以及浓差极化损失电压，计算得到电堆的单体电压。

15、根据本公开的第三方面，提供了一种计算机可存储介质，其上存储有计算机程序指令，该指令被处理器执行时实现如上述的质子交换膜燃料电池电堆建模方法。

16、通过采用上述技术方案，本公开的实施例能达到的有益技术效果：在本公开中，建模考虑了电堆反应电压损失，使用开路电压替代了能斯特电压，能提升该电堆模型的准确性，另，粒子群优化算法能有效搜索参数空间，使得辨识得到的内部参数更加接近真实数值，有助于提高电堆模型的准确性，进一步减小模型与实际系统之间的误差。本公开利用粒子群优化算法，得到电堆内部的各个参数，利用这些参数能实现电堆状态的实时检测和智能化维护，从而提高电堆的可靠性与维护效率。

技术特征：

1.一种质子交换膜燃料电池电堆建模方法，其特征在于，所述方法包括：

2.根据权利要求1所述的质子交换膜燃料电池电堆建模方法，其特征在于，所述利用粒子群优化算法确定电堆的相关参数，其中，粒子群优化算法计算的流程包括：

3.根据权利要求2所述的质子交换膜燃料电池电堆建模方法，其特征在于，如果满足条件，输出最优解。

4.根据权利要求1所述的质子交换膜燃料电池电堆建模方法，其特征在于，所述基于开路电压、活化极化损失电压、欧姆极化损失电压、以及浓差极化损失电压，计算得到电堆的单体电压，其中，开路电压的计算，包括：

5.根据权利要求1所述的质子交换膜燃料电池电堆建模方法，其特征在于，所述基于开路电压、活化极化损失电压、欧姆极化损失电压、以及浓差极化损失电压，计算得到电堆的单体电压，其中，活化极化损失电压的计算，包括：

6.根据权利要求1所述的质子交换膜燃料电池电堆建模方法，其特征在于，所述基于开路电压、活化极化损失电压、欧姆极化损失电压、以及浓差极化损失电压，计算得到电堆的单体电压，其中，欧姆极化损失电压的计算，包括：

7.根据权利要求1所述的质子交换膜燃料电池电堆建模方法，其特征在于，所述基于开路电压、活化极化损失电压、欧姆极化损失电压、以及浓差极化损失电压，计算得到电堆的单体电压，其中，浓差极化损失电压的计算，包括：

8.根据权利要求1所述的质子交换膜燃料电池电堆建模方法，其特征在于，所述基于开路电压、活化极化损失电压、欧姆极化损失电压、以及浓差极化损失电压，计算得到电堆的单体电压，包括：

9.一种质子交换膜燃料电池电堆建模装置，其特征在于，包括：

10.一种计算机可存储介质，其特征在于，其上存储有计算机程序指令，该指令被处理器执行时实现如权利要求1至8任一项所述的质子交换膜燃料电池电堆建模方法。

技术总结本公开涉及一种质子交换膜燃料电池电堆建模方法、装置及介质，涉及新能源汽车技术领域。该方法包括：利用粒子群优化算法确定电堆的相关参数；基于开路电压、活化极化损失电压、欧姆极化损失电压、以及浓差极化损失电压，计算得到电堆的单体电压。本公开考虑了电堆反应电压损失，使用开路电压代替了能斯特电压，可提升该电堆模型的准确性。另，粒子群优化算法能有效搜索参数空间，使得辨识得到的内部参数更加接近真实数值，有助于提高电堆模型的准确性，进一步减小模型与实际系统之间的误差。技术研发人员：江伟,蔡文杰,王家恒,王祥,于林燕,潘亦尧受保护的技术使用者：安徽江淮汽车集团股份有限公司技术研发日：技术公布日：2024/8/1