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摘要：一种面向不同功率输出的PEMFC操作条件寻优方法，包括：本发明旨在通过基于电堆内阻模型与U‑I模型利用拉格朗日乘数法计算直接找到燃料电池的最优操作条件。该方法通过理论的方法可以在不同负载功率下求出最优操作条件，该方法体现了控制的及时性和智能性，能随着外部负载变化自动调整电堆操作条件。

主权项：1.一种面向不同功率输出的PEMFC操作条件寻优方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：步骤一：燃料电池分为活化段，欧姆段与浓差段，每一段中分别是Rf活化欧姆，Rm欧姆内阻，Rd浓差内阻占主要成分，Rf、Rm与Rd的表达式如式1～3所示： 式中，α电化学反应速率参数；μ转移电子数；F法拉第常数；R理想气体常数；T0和Tstack为参考温度和电堆工作温度，K；i0和i为交换电流密度和输出电流密度Acm2；A电化学反应面积，cm2； 其中：τ转移离子摩尔数，mol；Cg反应物总浓度，molL；δ扩散层厚度，μm；tm质子膜厚度，μm；Deff和Dλ为水迁移系数初始状态，JK·mol；λm膜含水量；α1～α7、β1～β4和γ1～γ4为模型经验参数；电堆总内阻Rstack如式：Rstack＝Rf+Rm+Rd4其中RHstack为电堆工作湿度；Eocv开路电压，V；只考虑温度与湿度为变量电堆总内阻表达式也可表达为Rstack＝fTstack，RHstack；步骤二：U-I曲线分为活化段、浓差段和欧姆段，其电压输出公式如下所示：Ustack＝Eocv-iRf+Rm+Rd5Eocv是燃料电池开路电压，结合功率公式：Pout＝Ustacki＝[Eocv-iRf+Rm+Rd]iA6即输出功率公式也可表达为步骤三：确定PEMFC所外接负载需要功率为Pload，通常电堆为保持稳定运行，会使电堆运行于欧姆段此时电流密度大小0.4～0.7Acm2，在这范围之间设定一个工作电流密度为iset，式6表达式改为：Pload＝Ustackiset＝[Eocv-isetRf+Rm+Rd]isetA7即也可表达为由此依据拉格朗日乘数法原理，基函数为Rstack＝fTstack，RHstack其中电流密度为iset，约束条件为Pload＝Tstack,RHstack；可以发现电堆内阻存在一个最小值，因此Rstack在约束条件Pload＝Tstack,RHstack下对应一个最小值，且此时Tstack，RHstack为约束条件下的最优操作条件，依据拉格朗日乘数法，定义一个关于Tstack，RHstack的新函数 分别对Tstack，RHstack和Φ求偏导 计算可得： 其中：步骤四：如公式10所示，推导公式十分复杂，无法直接计算出温度Tstack与其他变量相关的表达式，同理也无法直接计算出湿度RHstack与其他变量相关的表达式，但由于其他参数均为电堆特性参数，而电流密度与外界负载功率由外界负载所决定；因此公式10中其实仅存在三个未知量即温度Tstack、湿度RHstack和Φ，可运用编程工具直接计算；当负载功率发生变化时，温湿度下对应的开路电压Eocv也产生变化燃料电池单片电池所能产生的理论电压即能斯特电压Enernst通常在1.299V左右，但是由于电堆内部存在燃料穿透和内部短路电流因此在不外接负载时永远达不到理论的1.229V，实际开路电压公式表达式为：Eocv＝Enernst-Eloss11其中Eloss即为电堆燃料穿透和内部短路电流所引起的电压损耗，该损耗与温度有关，温度较低时损耗较小，温度较高时损耗较大；步骤五：接入固定负载后，定电流密度下，此时电堆温湿度未达到最优状态，测定此时状态下Tstack1，与湿度RHstack1，但可根据公式5与公式11推导出此状态下的燃料穿透和内部短路电流引起的电压损耗：Eloss＝Enernst-Ustack+iRf+Rm+Rd12由此可推导出该电流密度下的Eocv；此时步骤三推导公式除变量Tstack、RHstack与Φ外，其他参数均已知，利用编程工具可直接快速计算出该功率负载下定电流密度下电堆运行最优温湿度；步骤六：由于在调整温湿度时，电堆由电堆燃料穿透和内部短路电流所引起的电压损耗也会发生变化，直接由步骤五所说计算得到的温湿度是存在一定的误差，此时依据步骤三中描述的电堆最优温湿度状态下电堆内部阻值最小；在通过步骤五计算得到的温湿度范围附近使用扰动观察法可进一步确定电堆最优的温湿度具体值。

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