CN113255244B - 燃料电池系统仿真测试平台、方法及存储介质 - Google Patents

燃料电池系统仿真测试平台、方法及存储介质 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种燃料电池系统仿真测试平台、方法及存储介质，所述测试平台包括：数据输入单元，包括需求数据输入模块及参变量数据输入模块；数据仿真单元，设有多个仿真模块，各仿真模块上均设有接收输入的数据信息并生成仿真所需参变量数据需求信息的第一数据输入接口组件、接收参变量数据需求信息并自动获取和/或自需求数据输入模块获取参变量数据的第二数据输入接口组件、以及接收参变量数据计算输出仿真数据的运算处理组件；仿真输出单元，接收并输出仿真数据，上述系统可根据用户输入的仿真需求数据自动构建仿真模块之间的连接关系，也可根据用户的操作构建各个仿真模块之间的连接关系，实现内部仿真数据的准确传输，提升仿真的准确性。

Description

燃料电池系统仿真测试平台、方法及存储介质
技术领域
本发明涉及电池仿真技术领域，更具体地说，它涉及一种燃料电池系统仿真测试平台、方法及存储介质。
背景技术
燃料电池系统是燃料电池汽车的心脏，它能否稳定、高效的输出电能是燃料电池汽车正常工作的关键。燃料电池系统涉及到复杂的能量转换，反应燃料的传输与存储以及电堆的水热管理，是燃料电池汽车的关键核心技术。各国科研工作者与相关企业纷纷投入巨资加大对燃料电池系统的开发工作。
系统的建模与仿真是研究燃料电池的一个非常有效的研究手段，也是质子交换膜燃料电池研究领域的一个重要课题，对于提升和改善燃料电池的性能具有重大的帮助。
燃料电池系统中各个组成模块在工作时会涉及不同的工作原理以及不同的物质及能量的传输过程，同时，随着燃料电池技术的不断发展，其工作原理及相关物质及能量传输过程也会发生相应的变化，这就使得利用公式数据准确地仿真出燃料电池系统工作过程变得困难。如何协调好仿真时的数据传输及处理关系，建立有效的仿真平台，并且获取到最为准确的仿真结果数据，是当前亟待解决的问题。
发明内容
针对实际运用中燃料电池系统仿真存在的问题，本发明目的一在于提出一种燃料电池系统仿真测试平台，其通过特定方式将各个子功能模块连接搭建起来，形成完整的数据仿真传输链路，并且能够根据需要进行仿真模块间的拼接以及中间数据的录入，提升仿真结果的准确性。基于上述仿真测试平台，本申请目的二在于提出一种燃料电池系统仿真测试方法，目的三在于保护一种加载有对应于上述仿真测试方法的算法的存储介质，使得上述仿真测试平台及方法能够灵活适配于不同的计算机系统。具体方案如下：
一种燃料电池系统仿真测试平台，包括相互间数据连接的数据输入单元、数据仿真单元以及仿真输出单元，所述数据输入单元包括用于输入功率需求数据的需求数据输入模块，以及用于输入仿真过程中各中间参变量的参变量数据输入模块；
所述数据仿真单元基于燃料电池系统中各个功能模块间的能量及物质传输关系，设置有多个仿真模块，各所述仿真模块上均设置有至少一个：
第一数据输入接口组件，配置为与所述数据输入单元数据连接，接收需求数据输入模块输入的数据信息并基于设定算法生成仿真所需的参变量数据需求信息；
第二数据输入接口组件，与所述第一数据输入接口组件以及参变量数据输入模块数据连接，接收所述参变量数据需求信息，自动获取和/或自所述需求数据输入模块获取参变量数据；
运算处理组件，配置有多个与仿真模块功能相关联的仿真算法子模块以及将多个所述仿真算法子模块进行数据连接的调取接口算法子模块，基于用户操作和/或基于仿真需求自动组合实现设定仿真功能，接收所述参变量数据，计算输出仿真数据；
所述仿真输出单元与所述运算处理组件数据连接，接收并输出所述仿真数据。
通过上述技术方案，系统可以根据用户输入的仿真需求数据自动构建仿真模块之间的连接关系，也可以根据用户的操作构建各个仿真模块之间的连接关系，实现内部仿真数据的准确传输，提升仿真的准确性。同时，系统在仿真过程中可以根据用户输入的需求数据，自动生成相关的待输入参变量数据，使得整个仿真系统和用户之间具有良好的交互性，用户可以通过改变中间参变量数据来查阅仿真结果的变化，由此可以直观地得到各个参变量和仿真结果之间的对应关系，也可以对中间输入的参变量数据进行相应的调整，由此可以大大提升仿真结果的准确性，利于提升和改善燃料电池的性能。
进一步的，所述数据仿真单元包括空气路仿真模块、氢气路仿真模块、冷却路仿真模块、锂电池仿真模块以及电堆仿真模块；
所述空气路仿真模块、氢气路仿真模块、冷却路仿真模块、锂电池仿真模块的第一数据输入接口组件均与所述需求数据输入模块数据连接，所述空气路仿真模块、氢气路仿真模块、冷却路仿真模块运算处理组件的输出端均与所述电堆仿真模块的数据输入端数据连接，所述电堆仿真模块中运算处理组件的输出端与所述仿真输出单元数据连接；
所述锂电池仿真模块中运算处理组件的输出端与所述仿真输出单元数据连接。
通过上述技术方案，根据燃料电池系统中能量及物质传输关系，将各个功能模块数据连接起来，构成仿真的核心构架，便于后期扩展，也能够保证仿真系统的正确运行。
进一步的，所述空气路仿真模块的运算处理组件包括：
空滤仿真子模块，配置为自第二数据输入接口组件获取大气压力参数、温度参数、湿度参数、浓度参数以及空滤流量-压降曲线，自第一数据输入接口组件获取氧气需求流量，生成并输出空滤后空气流量数据、压力数据以及温度数据；
空压机仿真子模块，配置为其数据输入端与所述空滤仿真子模块的数据输出端数据连接，接收所述空滤后空气流量数据、压力数据以及温度数据，并自所述第二数据输入接口组件获取空压机流量参数、压力需求参数，生成并输出空压机模块输出功率数据、流量数据、压力数据、温度数据以及湿度数据；其中，所述空压机流量参数、压力需求参数的约束条件为满足电堆后背压需求参数；
中冷器仿真子模块，配置为其数据输入端与所述空压机仿真子模块的数据输出端数据连接，接收所述空压机模块输出功率数据、流量数据、压力数据、温度数据以及湿度数据，并自所述第二数据输入接口组件获取中冷器流量-压降曲线以及目标冷却温度参数，生成并输出中冷器后流量数据、压力数据、温度数据及湿度数据；
加湿器仿真子模块，配置为其数据输入端与所述中冷器仿真子模块的数据输出端数据连接，接收所述中冷仿真子模块输出的中冷器后流量数据、压力数据、温度数据及湿度数据，并自所述第二数据输入接口组件获取加湿器加湿效率曲线、流量-压降曲线、温度参数、湿度参数、浓度参数、湿侧的温度参数、湿度参数、浓度参数以及流量参数，生成并输出加湿器模块输出流量数据、压力数据、温度数据以及湿度数据；
电堆空气侧仿真子模块，配置为其数据输入端与所述加湿器仿真子模块的数据输出端数据连接，接收所述加湿器模块输出流量数据、压力数据、温度数据以及湿度数据，并自所述第二数据输入接口组件获取电堆空气路容积、电堆背压需求参数，生成并输出电堆后的流量数据、压力数据、温度数据以及湿度数据；
其中，所述电堆空气侧仿真子模块的仿真数据输出至第二数据输入接口组件中并分别传输至所述空压机仿真子模块以及加湿器仿真子模块。
通过上述技术方案，可以准确的对燃料电池中空气路子系统加以仿真，仿真过程中兼顾了各个仿真子模块间的数据需求及数据传输需求，将自动生成的数据与用户输入的数据相结合，提升仿真的准确性。
进一步的，所述空气路仿真模块中于各仿真子模块间还配置有与所述第二数据输入接口组件数据连接的三通阀仿真子模块以及压力控制阀仿真子模块，用于向各仿真子模块间的流量数据、压力数据进行调节。
通过上述技术方案，将三通阀与压力控制阀对气流参数的相关影响引入到仿真系统中，可以提升仿真结果的准确性。
进一步的，所述氢气路仿真模块的运算处理组件包括：
引射器仿真子模块，配置为自第二数据输入接口组件获取输入回流气体中氢气、氮气、水汽的温度参数、压力参数、湿度参数、浓度参数以及引射器集合尺寸参数，自第一数据输入接口组件获取氢气需求流量数据以及压力数据，生成并输出引射器模块输出回流比、引射器后氢气、氮气、水汽的温度数据、压力数据、湿度数据以及浓度数据；
电堆氢气路仿真子模块，配置为其数据输入端与所述引射器仿真子模块的数据输出端数据连接，接收所述引射器模块输出回流比、引射器后氢气、氮气、水汽的温度数据、压力数据、湿度数据以及浓度数据，并自所述第二数据输入接口组件获取输入氢气路体积参数、需求入口压力参数、流量参数以及湿度参数，生成并输出电堆氢气路模块输出电堆后氢气、氮气、水汽的温度压力数据、湿度数据、浓度数据以及消耗的氢气数据、氮气渗透以及水汽渗透数据；
脉冲排氢仿真子模块，配置为其数据输入端与所述电堆氢气路仿真子模块的数据输出端数据连接，接收所述电堆氢气路仿真子模块输出的所述电堆氢气路模块输出电堆后氢气、氮气、水汽的温度压力数据、湿度数据、浓度数据以及消耗的氢气数据、氮气渗透以及水汽渗透数据，并自所述第二数据输入接口组件获取输入氨气路体积参数、需求入口压力参数、流量参数以及湿度参数，生成并输出脉冲排氮模块排出电堆氢气、氮气、水汽的温度、压力、湿度以及浓度数据；
其中，所述脉冲排氢仿真子模块的仿真数据输出至所述第二数据输入接口组件中并传输至所述引射器仿真子模块。
通过上述技术方案，可以准确的对氢气路子系统加以仿真，并且在仿真过程中充分考虑了各个仿真子模块间的数据传输及需求关系。
进一步的，所述冷却路仿真模块配置为自第二数据输入接口组件获取冷却液温度-流量-散热量曲线、冷却液温度参数、冷却液流量参数，自第一数据输入接口组件获取冷却需求散热量，生成并输出冷却液流量数据、温度数据以及电堆散热量数据。
通过上述技术方案，可以基于所需的功率以及当前冷却液温度数据等参变量，并基于设定算法准确推算出冷却液流量数据、温度数据以及电堆散热量数据。
进一步的，所述电堆仿真模块的数据输入端配置为与所述空气路仿真模块、氢气路仿真模块、冷却路仿真模块的数据输出端相连接并接收上述各个仿真模块输出的各项参数数据，所述电堆仿真模块的数据输入端与第二数据输入接口组件数据连接，自第二数据输入接口组件获取需求电流数据，生成并输出电堆电压以及功率数据、氮气渗透量数据、水汽渗透量数据以及液态水的产生量数据。
通过上述技术方案，可以对电堆的各项数据进行仿真输出。
进一步的，所述仿真测试平台中设置有处理器及存储器，所述存储器用于存储各个仿真模块所需的仿真算法及仿真系统自动构建算法，所述处理器基于用户指令操作或所述仿真系统自动构建算法，调取存储器中相关仿真算法构建仿真系统，实现各仿真模块间的数据交互。
基于上述公开的燃料电池系统仿真测试平台,本申请还提出了一种燃料电池系统仿真测试方法，包括如下步骤：
基于测试平台的数据输入接口获取仿真所需的功率需求数据；
基于系统内置设定算法生成仿真所需的参变量数据需求信息；
基于上述参变量数据需求信息自动构建和/或基于用户输入指令构建满足上述参变量数据需求的仿真构架，根据上述仿真构架建立各个仿真模块间的数据连接；
基于各个仿真模块中配置的针对于不同参变量数据的仿真算法，输出对应的仿真数据和/或生成中间参变量数据录入接口；
自所述参变量数据录入接口接收用户输入的参变量数据，输出至设定仿真模块中，生成仿真数据。
基于上述公开的燃料电池系统仿真测试平台及方法，本申请还提出了一种燃料电池系统仿真用存储介质，其上存储有计算机程序，含有该程序的处理器被应用于如前所述的燃料电池系统仿真测试平台，或该程序被处理器执行时实现如前所述方法的各个步骤。
与现有技术相比，本发明的有益效果如下：
整个仿真测试平台基于燃料电池系统中物质及能量的流向关系，结合各个仿真子模块进行仿真，可以根据用户输入的仿真需求数据自动构建仿真模块之间的连接关系，也可以根据用户的操作构建各个仿真模块之间的连接关系，实现内部仿真数据的准确传输，提升仿真的准确性。同时，系统在仿真过程中可以根据用户输入的需求数据，自动生成相关的待输入参变量数据，使得整个仿真系统和用户之间具有良好的交互性，用户可以通过改变中间参变量数据来查阅仿真结果的变化，由此可以直观地得到各个参变量和仿真结果之间的对应关系，也可以对中间输入的参变量数据进行相应的调整，由此可以大大提升仿真结果的准确性，利于提升和改善燃料电池的性能。
附图说明
图1为本发明燃料电池系统仿真测试平台的整体示意图；
图2为本发明的结构框架示意图；
图3为本发明空气路仿真模块的仿真数据结构示意图；
图4为本发明氢气路仿真模块的仿真数据结构示意图；
图5为本发明燃料电池系统仿真测试方法的示意图。
附图标记：100、数据输入单元；110、需求数据输入模块；111、参变量数据输入模块；200、数据仿真单元；210、第一数据输入接口组件；211、第二数据输入接口组件；212、运算处理组件；220、空气路仿真模块；221、空滤仿真子模块；222、空压机仿真子模块；223、中冷器仿真子模块；224、加湿器仿真子模块；225、电堆空气侧仿真子模块；230、氢气路仿真模块；231、引射器仿真子模块；232、电堆氢气路仿真子模块；233、脉冲排氢仿真子模块；240、冷却路仿真模块；250、锂电池仿真模块；260、电堆仿真模块；300、仿真输出单元。
具体实施方式
下面结合实施例及图对本发明作进一步的详细说明，但本发明的实施方式不仅限于此。
一种燃料电池系统仿真测试平台，如图1所示，主要包括数据输入单元100、数据仿真单元200以及仿真输出单元300，三者之间利用虚拟的或可编程逻辑芯片内部的数据总线连接，实现数据交互通信。
所述输入单元包括用于输入功率需求数据的需求数据输入模块110，以及用于输入仿真过程中各中间参变量的参变量数据输入模块111。上述需求数据输入模块110及参变量数据输入模块111均包括数据录入接口组件，在仿真测试平台的交互界面上生成对应的人机交互窗口，如在触摸输入屏上弹出数据输入窗口，便于用户输入数据。
上述需求数据录入模块主要用于录入所需的功率数据，参变量数据输入模块111主要用于录入仿真过程中根据仿真需求所需的中间参变量数据，如大气压力数据、温度数据、湿度数据等需由用户自行决定的参变量。
如图2所示，数据仿真单元200基于燃料电池系统中各个功能模块间的能量及物质传输关系，设置有多个仿真模块，各所述仿真模块上均设置有至少一个第一数据输入接口组件210、第二数据输入接口组件211以及运算处理组件212，上述组件实际设置的数量根据仿真需求设定。
所述第一数据输入接口组件210配置为与数据输入单元100数据连接，接收需求数据输入模块110输入的数据信息并基于设定算法生成仿真所需的参变量数据需求信息。上述设定算法主要存储于仿真测试平台的存储器中，仿真测试平台上的数据处理器在接收到上述需求数据输入模块110输入的功率数据后，调取存储器中的算法，查找对应于上述需求功率数据所需的参变量数据，由此生成参变量数据需求信息，如当需求功率较大时，则需要重点考虑燃料电池系统的散热问题，对应的生成冷却路子系统中相关参变量数据需求信息，如冷却液压力、温度数据等。
所述第二数据输入接口组件211与第一数据输入接口组件210以及参变量数据输入模块111数据连接，接收参变量数据需求信息，自动获取和/或自需求数据输入模块110获取参变量数据。上述自动获取的方式包括根据各个仿真模块的数据连接关系，自关联的仿真模块中调取，或直接生成相对应的人机交互窗口，由用户自行输入相关参变量数据。
运算处理组件212配置有多个与仿真模块功能相关联的仿真算法子模块以及将多个仿真算法子模块进行数据连接的调取接口算法子模块。上述各个仿真算法子模块可以基于仿真测试平台中内置的构架搭建程序自动将各个仿真算法连接起来，组成仿真系统，也可以基于用户的操作指令完成仿真构架的搭建。
最后，基于用户操作指令和/或基于仿真需求自动组合实现设定仿真功能，接收参变量数据（包括最初的功率需求数据），计算并输出仿真数据。
仿真输出单元300配置为与运算处理组件212数据连接，接收并根据所需数据格式输出相关仿真数据，以便于用户读取。
详述的，在本申请实施例中，如图2所示，上述数据仿真单元200主要包括空气路仿真模块220、氢气路仿真模块230、冷却路仿真模块240、锂电池仿真模块250以及电堆仿真模块260。空气路仿真模块220、氢气路仿真模块230、冷却路仿真模块240、锂电池仿真模块250上设置的第一数据输入接口组件210均与需求数据输入模块110数据连接，空气路仿真模块220、氢气路仿真模块230、冷却路仿真模块240运算处理组件212的输出端均与电堆仿真模块260的数据输入端数据连接，电堆仿真模块260中运算处理组件212的输出端与仿真输出单元300数据连接，锂电池仿真模块250中运算处理组件212的输出端与仿真输出单元300数据连接。
下面将进一步详述上述各个仿真模块的内部结构及数据连接关系。
如图2和图3所示，上述空气路仿真模块220的运算处理组件212主要包括：空滤仿真子模块221、空压机仿真子模块222、中冷器仿真子模块223、加湿器仿真子模块224以及电堆空气侧仿真子模块225。
上述各个仿真子模块参变量数据的生成，由下述分析得到：由需求功率除以电堆电压得到需求电流，由下式计算空气中氧气的需求流量m_air=I/4F*M_air*S+m_leakageI为流量，F为法拉第常数，M为摩尔质量，S为计量比。
在燃料电池系统中，空滤主要是为了过滤空气中杂质，空滤前后压力上的变化、流量以及压降曲线由实际实验数据拟合得到，湿度，温度保持不变。
由此，空滤仿真子模块221配置为自第二数据输入接口组件211获取大气压力参数、温度参数、湿度参数、浓度参数以及空滤流量-压降曲线，上述数据均由用户自数据录入窗口自行输入。自第一数据输入接口组件210获取氧气需求流量，上述氧气需求流量为第一数据输入接口组件210基于设定算法生成的仿真所需的参变量数据。上述空滤仿真子模块221生成并输出空滤后空气流量数据、压力数据以及温度数据。
空气流量上需要考虑加上泄露量以及空压机轴承冷却流量，之后为了满足电堆背压，在流量以及压降不断迭代后得到最终空压机输出压力需求。根据空压机压比流量等参数根据理想气体方程推导计算空压机出口温度，具体可由下式实现：
Figure DEST_PATH_IMAGE001
其中，T为温度，p为压力，
Figure 949215DEST_PATH_IMAGE002
为空压机效率。
参见图3，空压机仿真子模块222配置为其数据输入端与空滤仿真子模块221的数据输出端数据连接，自动接收空滤后空气流量数据、压力数据以及温度数据，并自第二数据输入接口组件211获取空压机流量参数、压力需求参数，生成并输出空压机模块输出功率数据、流量数据、压力数据、温度数据以及湿度数据。其中，空压机流量参数、压力需求参数的约束条件为满足电堆后背压需求参数。
在燃料电池系统中，中冷器主要为冷却空气温度，根据前后温差计算需要散热温度数据。Q=m_air*Cp*(T_in-T_out)
Q为散热量，m_air为空气流量，Cp为空气比热容，T_in、T_out分别为输入输出温度。由此，如图3所示，中冷器仿真子模块223配置为其数据输入端与空压机仿真子模块222的数据输出端数据连接，接收空压机模块输出功率数据、流量数据、压力数据、温度数据以及湿度数据，并自第二数据输入接口组件211获取中冷器流量-压降曲线以及目标冷却温度参数，生成并输出中冷器后流量数据、压力数据、温度数据及湿度数据。
燃料电池系统中的加湿器用于将空气加湿至目标湿度，基于干侧以及湿侧的空气流量、压力、湿度、温度，根据加湿器的加湿效率曲线，计算加湿水量从而得到干侧湿度，此处湿侧空气由电堆输出得到，此处具体算法不做公开。如图3所示，加湿器仿真子模块224配置为其数据输入端与中冷器仿真子模块223的数据输出端数据连接，接收中冷仿真子模块输出的中冷器后流量数据、压力数据、温度数据及湿度数据，并自第二数据输入接口组件211获取加湿器加湿效率曲线、流量-压降曲线、温度参数、湿度参数、浓度参数、湿侧的温度参数、湿度参数、浓度参数以及流量参数，上述数据由用户根据实际情况输入，最终加湿器仿真子模块224生成并输出加湿器模块输出流量数据、压力数据、温度数据以及湿度数据。
在电堆中，空气中氧气会被消耗，消耗量由需求电流所带走的电子决定，同时电堆电化学反应会产生水，输出空气中的湿度、温度、氧气浓度会发生变化。在本申请实施例中，如图3所示，电堆空气侧仿真子模块225配置为其数据输入端与加湿器仿真子模块224的数据输出端数据连接，接收加湿器模块输出流量数据、压力数据、温度数据以及湿度数据，并自第二数据输入接口组件211获取电堆空气路容积、电堆背压需求参数，生成并输出电堆后的流量数据、压力数据、温度数据以及湿度数据。其中，电堆空气侧仿真子模块225的仿真数据输出至第二数据输入接口组件211中并分别传输至空压机仿真子模块222以及加湿器仿真子模块224。
为了进一步提升仿真结果的准确性，上述空气路仿真模块220中于各仿真子模块间还配置有与第二数据输入接口组件211数据连接的三通阀仿真子模块以及压力控制阀仿真子模块，用于向各仿真子模块间的流量数据、压力数据进行调节。
如图4所示，上述氢气路仿真模块230的运算处理组件212包括：引射器仿真子模块231、电堆氢气路仿真子模块232、以及脉冲排氢仿真子模块233。氢气路仿真模块230针对不同功率需求下，氢气、氮气、水汽的压力、温度、湿度、流量、浓度在不同位置的变化，可校核脉冲排氢的要求是否满足要求、氢气回流后电堆入口处氢气浓度是否满足要求、引射器回流比是否满足需求等。
对于氢气路仿真模块230中的各个参变量数据，由需求功率除以电堆电压得到需求电流，由下式计算空气中氢气的需求流量：m_H2=I/2F*M_H2*S，其中，I为流量，F为法拉第常数，M_H2为氢气摩尔质量，S为计量比。
上述引射器仿真子模块231配置为自第二数据输入接口组件211获取输入回流气体中氢气、氮气、水汽的温度参数、压力参数、湿度参数、浓度参数以及引射器集合尺寸参数，自第一数据输入接口组件210获取氢气需求流量数据以及压力数据，生成并输出引射器模块输出回流比、引射器后氢气、氮气、水汽的温度数据、压力数据、湿度数据以及浓度数据。
燃料电池系统以氢气为主要燃料，所以氢气路需要提供足够的氢气流量、压力、以及湿度，为了提高氢气的利用率，系统中使用引射器或者循环泵将电堆尾部的氢气转回到电堆氢气入口处，但同时由于氮气从空气路的渗透以及水汽的产生，需要脉冲排氢将氮气以及液态水排出，并且保证氢气的利用率不会过低。本申请仿真测试平台除了氢气的流量、压力、温度以及浓度可以校核之外，还可以校核氮气在入口处的浓度、温度、压力以及脉冲排氢对于系统的氢耗以及氢气浓度影响。
电堆氢气路仿真子模块232配置为其数据输入端与引射器仿真子模块231的数据输出端数据连接，接收引射器模块输出回流比、引射器后氢气、氮气、水汽的温度数据、压力数据、湿度数据以及浓度数据，并自第二数据输入接口组件211获取输入氢气路体积参数、需求入口压力参数、流量参数以及湿度参数，生成并输出电堆氢气路模块输出电堆后氢气、氮气、水汽的温度压力数据、湿度数据、浓度数据以及消耗的氢气数据、氮气渗透以及水汽渗透数据。
脉冲排氢仿真子模块233配置为其数据输入端与电堆氢气路仿真子模块232的数据输出端数据连接，接收电堆氢气路仿真子模块232输出的电堆氢气路模块输出电堆后氢气、氮气、水汽的温度压力数据、湿度数据、浓度数据以及消耗的氢气数据、氮气渗透以及水汽渗透数据，并自第二数据输入接口组件211获取输入氨气路体积参数、需求入口压力参数、流量参数以及湿度参数，生成并输出脉冲排氮模块排出电堆氢气、氮气、水汽的温度、压力、湿度以及浓度数据。其中，脉冲排氢仿真子模块233的仿真数据输出至第二数据输入接口组件211中并传输至引射器仿真子模块231。
冷却路仿真模块240，针对不同功率需求下，冷却液的压力、温度以及流量，可校核冷却液的流量，散热量是否满足需求。其中，Q=m_cool*Cp*(T_in-T_out)，Q为散热量，m_cool为冷却液流量，Cp为冷却液比热容，T_in、T_out分别为输入输出温度。冷却路仿真模块240配置为自第二数据输入接口组件211获取冷却液温度-流量-散热量曲线、冷却液温度参数、冷却液流量参数，自第一数据输入接口组件210获取冷却需求散热量，生成并输出冷却液流量数据、温度数据以及电堆散热量数据。
锂电池仿真模块250主要计算功率输出、SOC数据，可校核不同路况下电电混合策略。
电堆仿真模块260的数据输入端配置为与空气路仿真模块220、氢气路仿真模块230、冷却路仿真模块240的数据输出端相连接并接收上述各个仿真模块输出的各项参数数据，电堆仿真模块260的数据输入端与第二数据输入接口组件211数据连接，自第二数据输入接口组件211获取需求电流数据，生成并输出电堆电压以及功率数据、氮气渗透量数据、水汽渗透量数据以及液态水的产生量数据。
在实际应用中，上述各个仿真模块内部算法可采用现有的相关仿真算法实现，如MATLABsimulink中的相关仿真模型。
基于上述公开的燃料电池系统仿真测试平台,本申请还提出了一种燃料电池系统仿真测试方法，如图5所示，包括如下步骤：
S1，基于测试平台的数据输入接口获取仿真所需的功率需求数据；
S2，基于系统内置设定算法生成仿真所需的参变量数据需求信息；
S3，基于上述参变量数据需求信息自动构建和/或基于用户输入指令构建满足上述参变量数据需求的仿真构架，根据上述仿真构架建立各个仿真模块间的数据连接；
S4，基于各个仿真模块中配置的针对于不同参变量数据的仿真算法，输出对应的仿真数据和/或生成中间参变量数据录入接口；
S5，自所述参变量数据录入接口接收用户输入的参变量数据，输出至设定仿真模块中，生成仿真数据。
在本申请方案中，上述各个仿真模块均可由相关程序算法模块实现，实现上述仿真模块功能的算法被存储于存储介质中，为此，本申请还提出了一种燃料电池系统仿真用存储介质，其上存储有计算机程序，含有该程序的处理器被应用于如前所述的燃料电池系统仿真测试平台，或该程序被处理器执行时实现如前所述方法的各个步骤。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种燃料电池系统仿真测试平台，包括数据输入单元(100)、数据仿真单元(200)以及仿真输出单元(300)，其特征在于，所述数据输入单元(100)包括用于输入功率需求数据的需求数据输入模块(110)，以及用于输入仿真过程中各中间参变量的参变量数据输入模块(111)；
所述数据仿真单元(200)基于燃料电池系统中各个功能模块间的能量及物质传输关系，设置有多个仿真模块，各所述仿真模块上均设置有至少一个：
第一数据输入接口组件(210)，配置为与所述数据输入单元(100)数据连接，接收需求数据输入模块(110)输入的数据信息并基于设定算法生成仿真所需的参变量数据需求信息；
第二数据输入接口组件(211)，与所述第一数据输入接口组件(210)以及参变量数据输入模块(111)数据连接，接收所述参变量数据需求信息，自所述需求数据输入模块(110)获取参变量数据；
运算处理组件(212)，配置有多个与仿真模块功能相关联的仿真算法子模块以及将多个所述仿真算法子模块进行数据连接的调取接口算法子模块，基于用户操作和/或基于仿真需求自动组合实现设定仿真功能，接收所述参变量数据，计算输出仿真数据；
所述仿真输出单元(300)与所述运算处理组件(212)数据连接，接收并输出所述仿真数据；
所述仿真测试平台中设置有处理器及存储器，所述存储器用于存储各个仿真模块所需的仿真算法及仿真系统自动构建算法，所述处理器基于用户指令操作或所述仿真系统自动构建算法，调取存储器中相关仿真算法构建仿真系统，实现各仿真模块间的数据交互；
其中，仿真测试平台上的数据处理器在接收到上述需求数据输入模块(110)输入的功率数据后，调取存储器中的算法，查找对应于上述需求功率数据所需的参变量数据，由此生成所述参变量数据需求信息；
所述数据仿真单元(200)包括空气路仿真模块(220)、氢气路仿真模块(230)、冷却路仿真模块(240)、锂电池仿真模块(250)以及电堆仿真模块(260)；
所述空气路仿真模块(220)、氢气路仿真模块(230)、冷却路仿真模块(240)、锂电池仿真模块(250)的第一数据输入接口组件(210)均与所述需求数据输入模块(110)数据连接，所述空气路仿真模块(220)、氢气路仿真模块(230)、冷却路仿真模块(240)运算处理组件(212)的输出端均与所述电堆仿真模块(260)的数据输入端数据连接，所述电堆仿真模块(260)中运算处理组件(212)的输出端与所述仿真输出单元(300)数据连接；
所述锂电池仿真模块(250)中运算处理组件(212)的输出端与所述仿真输出单元(300)数据连接；
所述冷却路仿真模块(240)配置为自第二数据输入接口组件(211)获取冷却液温度-流量-散热量曲线、冷却液温度参数、冷却液流量参数，自第一数据输入接口组件(210)获取冷却需求散热量，生成并输出冷却液流量数据、温度数据以及电堆散热量数据。
2.根据权利要求1所述的燃料电池系统仿真测试平台，其特征在于，所述空气路仿真模块(220)的运算处理组件(212)包括：
空滤仿真子模块(221)，配置为自第二数据输入接口组件(211)获取大气压力参数、温度参数、湿度参数、浓度参数以及空滤流量-压降曲线，自第一数据输入接口组件(210)获取氧气需求流量，生成并输出空滤后空气流量数据、压力数据以及温度数据；
空压机仿真子模块(222)，配置为其数据输入端与所述空滤仿真子模块(221)的数据输出端数据连接，接收所述空滤后空气流量数据、压力数据以及温度数据，并自所述第二数据输入接口组件(211)获取空压机流量参数、压力需求参数，生成并输出空压机模块输出功率数据、流量数据、压力数据、温度数据以及湿度数据；其中，所述空压机流量参数、压力需求参数的约束条件为满足电堆后背压需求参数；
中冷器仿真子模块(223)，配置为其数据输入端与所述空压机仿真子模块(222)的数据输出端数据连接，接收所述空压机模块输出功率数据、流量数据、压力数据、温度数据以及湿度数据，并自所述第二数据输入接口组件(211)获取中冷器流量-压降曲线以及目标冷却温度参数，生成并输出中冷器后流量数据、压力数据、温度数据及湿度数据；
加湿器仿真子模块(224)，配置为其数据输入端与所述中冷器仿真子模块(223)的数据输出端数据连接，接收所述中冷仿真子模块输出的中冷器后流量数据、压力数据、温度数据及湿度数据，并自所述第二数据输入接口组件(211)获取加湿器加湿效率曲线、流量-压降曲线、温度参数、湿度参数、浓度参数、湿侧的温度参数、湿度参数、浓度参数以及流量参数，生成并输出加湿器模块输出流量数据、压力数据、温度数据以及湿度数据；
电堆空气侧仿真子模块(225)，配置为其数据输入端与所述加湿器仿真子模块(224)的数据输出端数据连接，接收所述加湿器模块输出流量数据、压力数据、温度数据以及湿度数据，并自所述第二数据输入接口组件(211)获取电堆空气路容积、电堆背压需求参数，生成并输出电堆后的流量数据、压力数据、温度数据以及湿度数据；
其中，所述电堆空气侧仿真子模块(225)的仿真数据输出至第二数据输入接口组件(211)中并分别传输至所述空压机仿真子模块(222)以及加湿器仿真子模块(224)。
3.根据权利要求2所述的燃料电池系统仿真测试平台，其特征在于，所述空气路仿真模块(220)中于各仿真子模块间还配置有与所述第二数据输入接口组件(211)数据连接的三通阀仿真子模块以及压力控制阀仿真子模块，用于向各仿真子模块间的流量数据、压力数据进行调节。
4.根据权利要求1所述的燃料电池系统仿真测试平台，其特征在于，所述氢气路仿真模块(230)的运算处理组件(212)包括：
引射器仿真子模块(231)，配置为自第二数据输入接口组件(211)获取输入回流气体中氢气、氮气、水汽的温度参数、压力参数、湿度参数、浓度参数以及引射器集合尺寸参数，自第一数据输入接口组件(210)获取氢气需求流量数据以及压力数据，生成并输出引射器模块输出回流比、引射器后氢气、氮气、水汽的温度数据、压力数据、湿度数据以及浓度数据；
电堆氢气路仿真子模块(232)，配置为其数据输入端与所述引射器仿真子模块(231)的数据输出端数据连接，接收所述引射器模块输出回流比、引射器后氢气、氮气、水汽的温度数据、压力数据、湿度数据以及浓度数据，并自所述第二数据输入接口组件(211)获取输入氢气路体积参数、需求入口压力参数、流量参数以及湿度参数，生成并输出电堆氢气路模块输出电堆后氢气、氮气、水汽的温度压力数据、湿度数据、浓度数据以及消耗的氢气数据、氮气渗透以及水汽渗透数据；
脉冲排氢仿真子模块(233)，配置为其数据输入端与所述电堆氢气路仿真子模块(232)的数据输出端数据连接，接收所述电堆氢气路仿真子模块(232)输出的所述电堆氢气路模块输出电堆后氢气、氮气、水汽的温度压力数据、湿度数据、浓度数据以及消耗的氢气数据、氮气渗透以及水汽渗透数据，并自所述第二数据输入接口组件(211)获取输入氨气路体积参数、需求入口压力参数、流量参数以及湿度参数，生成并输出脉冲排氮模块排出电堆氢气、氮气、水汽的温度、压力、湿度以及浓度数据；
其中，所述脉冲排氢仿真子模块(233)的仿真数据输出至所述第二数据输入接口组件(211)中并传输至所述引射器仿真子模块(231)。
5.根据权利要求1所述的燃料电池系统仿真测试平台，其特征在于，所述电堆仿真模块(260)的数据输入端配置为与所述空气路仿真模块(220)、氢气路仿真模块(230)、冷却路仿真模块(240)的数据输出端相连接并接收上述各个仿真模块输出的各项参数数据，所述电堆仿真模块(260)的数据输入端与第二数据输入接口组件(211)数据连接，自第二数据输入接口组件(211)获取需求电流数据，生成并输出电堆电压以及功率数据、氮气渗透量数据、水汽渗透量数据以及液态水的产生量数据。
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