燃料电池系统万有特性图的生成方法与流程

本申请涉及燃料电池技术领域，特别是涉及一种燃料电池系统万有特性图的生成方法。

背景技术：

燃料电池系统由燃料电池堆和空压机、增湿器等附件组成，燃料电池系统的净输出功率等于电堆的发电功率与附件总功耗之差。

在燃料电池系统中，空压机功耗占附件系统总功耗的80％以上。因此，空压机功耗可以代表整个附件系统的总功耗。对空压机功耗影响最大的电堆操作条件为阴极过量系数和阴极背压。

增大阴极过量系数和阴极背压可以提升燃料电池堆的效率，但同时也使得空压机输出更大的流量和压比，这将显著增大空压机的功耗。

因此需要合理选择阴极过量系数和阴极背压这两个操作条件来优化燃料电池系统的经济性。在这两个操作条件中，阴极背压变化的影响远比阴极过量系数变化的影响显著。

目前，国标gb/t23645-2009中规定了燃料电池堆效率和燃料电池系统效率的计算方法，但目前还没有规定燃料电池系统经济性评价方法的国家标准出台。传统燃料电池系统的经济性评价方法，考虑到燃料电池系统工况变化对于燃料电池系统经济性的影响，需事先定义一个需求功率随时间变化的燃料电池系统测试循环工况。

之后，通过模型仿真或台架试验的方式，控制燃料电池系统的净输出功率按照定义的燃料电池系统测试循环工况随时间变化。在燃料电池系统测试循环工况结束后通过计算系统在整个燃料电池系统测试循环工况下的平均效率，来对燃料电池系统的经济性进行评价。

然而，传统燃料电池系统的经济性评价方法，具有一个严重的问题：

目前在燃料电池系统领域，还没有统一的，被广泛认同的燃料电池系统测试循环工况，导致不同燃料电池系统测试循环工况下得出的燃料电池系统的经济性分析结果之间没有可比性。

技术实现要素：

基于此，有必要针对传统燃料电池系统的经济性评价方法，运用未被广泛认同的燃料电池系统测试循环工况，导致不同燃料电池系统测试循环工况下得出的燃料电池系统经济性分析结果之间没有可比性的问题，提供一种燃料电池系统万有特性图的生成方法，用于指导燃料电池系统的经济性评价。

本申请提供一种燃料电池系统万有特性图的生成方法，包括：

提供待评价燃料电池系统，所述待评价燃料电池系统包括燃料电池堆和附件系统，所述附件系统包括空压机；

分别对所述燃料电池堆进行燃料电池堆台架试验和燃料电池堆仿真模型试验，依据所述燃料电池堆台架试验的试验结果，生成不同阴极背压值对应的第一数据图表，以及依据所述燃料电池堆仿真模型试验的试验结果，生成不同阴极背压值对应的第一仿真数据图表；其中，每一个阴极背压值对应一个第一数据图表和一个第一仿真数据图表；

分别对所述空压机进行空压机台架试验和空压机仿真模型试验，依据所述空压机台架试验的试验结果，生成第二数据图表，以及依据所述空压机仿真模型试验的试验结果，生成第二仿真数据图表；

判断每一个阴极背压值对应的第一数据图表与第一仿真数据图表的拟合程度是否均满足第一拟合度要求，以及，判断所述第二数据图表与第二仿真数据图表的拟合程度是否满足第二拟合度要求；

若所述每一个阴极背压值对应的第一数据图表与第一仿真数据图表的拟合程度均满足所述第一拟合度要求，且所述第二数据图表与第二仿真数据图表的拟合程度满足所述第二拟合度要求，则依据燃料电池堆仿真模型和空压机仿真模型，生成燃料电池系统万有特性图，依据所述燃料电池系统万有特性图对所述待评价燃料电池系统进行经济性评价。

本申请涉及一种燃料电池系统万有特性图的生成方法，通过台架试验与仿真模型试验的相互配合，绘制出燃料电池系统万有特性图，可以直观展示燃料电池系统在不同阴极背压、不同功率需求下的经济性，可用于指导燃料电池系统的优化控制，跳过了燃料电池测试循环工况的设定与研究。

此外，生成燃料电池系统万有特性图的原始数据采用了通过了拟合程度校验的仿真模型计算，不但数据真实可靠，而且节省了台架试验的工作量。

附图说明

图1为本申请一实施例提供的燃料电池系统万有特性图的生成方法的流程示意图；

图2为本申请一实施例提供的燃料电池系统万有特性图的生成方法中第一数据图表和第一仿真数据图表的示意图；

图3为本申请一实施例提供的燃料电池系统万有特性图的生成方法中燃料电池系统万有特性图的示意图。

具体实施方式

为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。

本申请提供一种燃料电池系统万有特性图的生成方法。

本申请提供的燃料电池系统万有特性图的生成方法并不限制所述燃料电池系统万有特性图的生成方法的执行主体。

可选地，所述燃料电池系统万有特性图的生成方法的执行主体可以为与燃料电池系统连接的燃料电池经济性评价装置。

可选地，所述执行主体可以为所述燃料电池经济性评价装置中的处理器。所述燃料电池经济性评价装置可以内置于所述燃料电池系统中，也可以独立设置。

如图1所示，在本申请的一实施例中，所述燃料电池系统万有特性图的生成方法包括如下步骤s100至步骤s500：

s100，提供待评价燃料电池系统。所述待评价燃料电池系统包括燃料电池堆和附件系统。所述附件系统包括空压机。

具体地，燃料电池系统的经济性一般与燃料电池系统的系统效率有关，即基于燃料电池系统的系统效率评价燃料电池系统的经济性。

而燃料电池系统的效率与燃料电池系统的阴极背压有关。

增大阴极背压，可以提高燃料电池系统的系统效率，但同时也会增大空压机的功耗。

因此，本申请通过探究阴极背压值的改变对燃料电池系统的经济性的影响，从而提供一种燃料电池系统万有特性图的生成方法，用于指导燃料电池系统的经济性评价。

s200，分别对所述燃料电池堆进行燃料电池堆台架试验和燃料电池堆仿真模型试验。进一步地，依据所述燃料电池堆台架试验的试验结果，生成不同阴极背压值对应的第一数据图表。依据所述燃料电池堆仿真模型试验的试验结果，生成不同阴极背压值对应的第一仿真数据图表。其中，每一个阴极背压值对应一个第一数据图表和一个第一仿真数据图表。

具体地，燃料电池堆台架试验是基于实体燃料电池堆进行的试验。燃料电池堆仿真模型试验是基于构建的燃料电池堆仿真模型进行的试验。

所述第一数据图表与所述第一仿真数据图表，具体可以为基于平面直角坐标系绘制的曲线图。

如图2所示，在曲线图中，横坐标为电堆电流密度值，纵坐标为平均单片电压值。

可以理解，第一数据图表由实际的燃料电池堆台架试验的试验结果生成，其中的数据点较少。

而第一仿真数据图表由虚拟的燃料电池堆仿真模型试验的试验结果生成，其中数据点的数量很多。

本申请为了生成用于评价燃料电池系统经济性的燃料电池系统万有特性图，需要大量的计算量和生成大量的数据点。因此本申请需要通过燃料电池堆仿真模型，生成燃料电池系统万有特性图。然而，需要预先对燃料电池堆仿真模型进行校正，校正后方可使用。

本步骤s200中，首先制定相同的一组阴极背压值，该组阴极背压值包括多个不同的阴极背压值。

例如，该组阴极背压值可以为1.1bar、1.2bar、1.3bar、1.4bar、1.5bar等等(bar为压强单位的一种，1bar约等于100千帕)。

在多个不同的阴极背压值下，通过燃料电池堆台架试验生成多个第一数据图表，通过燃料电池仿真模型生成多个第一仿真数据图表。每一个阴极背压值对应一个第一数据图表和一个第一仿真数据图表。

本步骤通过生成不同的阴极背压值下的第一数据图表和第一仿真数据图表，为后续比对第一数据图表与第一仿真数据图表的拟合程度，为实现燃料电池堆仿真模型的校正提供了数据基础。

s300，分别对所述空压机进行空压机台架试验和空压机仿真模型试验。进一步地，依据所述空压机台架试验的试验结果，生成第二数据图表。依据所述空压机仿真模型试验的试验结果，生成第二仿真数据图表。

具体地，所述步骤s300与步骤s200的原理类似。

本步骤中，空压机台架试验是基于实体空压机进行的试验。空压机仿真模型试验是基于构建的空压机仿真模型进行的试验。

步骤s300与步骤s200的区别在于，步骤s200是为了校正燃料电池堆仿真模型，生成多个第一数据图表和多个第一仿真数据图表。

而步骤s300是为了校正空压机仿真模型，生成第二数据图表和第二仿真数据图表。

可选地，所述第一数据图表与所述第一仿真数据图表，具体可以为数据表。

如表1所示，在数据表中，有四个参数值，分别为空压机转速、空压机流量值、空压机压比和空压机功耗。

本步骤通过生成第二数据图表和第二仿真数据图表，为后续比对第二数据图表与第二仿真数据图表的拟合程度，为实现空压机仿真模型的校正提供了数据基础。

表1-第二数据图表与第二仿真数据图表的示意表

s400，判断每一个阴极背压值对应的第一数据图表与第一仿真数据图表的拟合程度是否均满足第一拟合度要求。以及，判断所述第二数据图表与第二仿真数据图表的拟合程度是否满足第二拟合度要求。

具体地，判断第一数据图表与第一仿真数据图表的拟合程度的步骤，可以和判断第二数据图表与第二仿真数据图表的拟合程度的步骤同时执行，也可以不同时执行，二者没有执行顺序先后的限制。

s500，若所述每一个阴极背压值对应的第一数据图表与第一仿真数据图表的拟合程度均满足所述第一拟合度要求，且所述第二数据图表与第二仿真数据图表的拟合程度满足所述第二拟合度要求，则依据燃料电池堆仿真模型和空压机仿真模型，生成燃料电池系统万有特性图。进一步地，依据所述燃料电池系统万有特性图，对所述待评价燃料电池系统进行经济性评价。

具体地，举例说明，如果阴极背压值设定为8个，则第一数据图表为8个，第一仿真数据图也为8个。在本步骤中，需要判断每一个阴极背压值下，第一个数据图表与第一仿真数据图表的拟合程度。可以理解，如果阴极背压值设定为8个，则需要判断8次拟合程度，确定每一次判断拟合的拟合程度均满足第一拟合度要求。当每一个阴极背压值对应的第一数据图表与第一仿真数据图表的拟合程度均满足所述第一拟合度要求时，确定燃料电池仿真模型校正成功，燃料电池仿真模型后续可以投入使用。

第二数据图表和第二仿真数据图表只需判断一次拟合程度。当第二数据图表和第二仿真数据图表的拟合程度满足第二拟合度要求时，确定空压机仿真模型校正成功，空压机仿真模型后续可以投入使用。

当所述每一个阴极背压值对应的第一数据图表与第一仿真数据图表的拟合程度均满足所述第一拟合度要求，且所述第二数据图表与第二仿真数据图表的拟合程度满足所述第二拟合度要求时，确定燃料电池仿真模型和空压机仿真模型均校正成功，可以执行后续步骤，即依据燃料电池堆仿真模型和空压机仿真模型，生成燃料电池系统万有特性图。图3为燃料电池系统万有特性图的一种形式的示意图。

如图3所示，图3中横坐标为阴极背压值，纵坐标为电堆电流密度值。图3中带有圆圈的实线部分为平均单片电压值为0.5v时，电堆电流密度值随阴极背压变化而变化的趋势曲线，这段曲线为所述燃料电池系统的外特性曲线。图3中不带有圆圈的实线部分为等系统净输出功率线。图3中点划线部分为等系统效率线。

本实施例中，通过台架试验与仿真模型试验的相互配合，绘制出燃料电池系统万有特性图，可以直观展示燃料电池系统在不同阴极背压、不同功率需求下的经济性，可用于指导燃料电池系统的优化控制，跳过了燃料电池测试循环工况的设定与研究。此外，生成燃料电池系统万有特性图的原始数据采用了通过了拟合程度校验的仿真模型计算，不但数据真实可靠，而且节省了台架试验的工作量。

在本申请的一实施例中，所述步骤s200包括如下步骤s210至步骤s220：

s210，对所述燃料电池堆进行极化曲线试验，获取所述燃料电池堆在不同阴极背压值下的电堆电流密度值与平均单片电压值对应关系，生成在不同阴极背压值下的第一数据图表。其中，每一个阴极背压值对应一个第一数据图表。

具体地，所述第一数据图表可以为基于平面直角坐标系绘制的曲线图。在所述第一数据图表中，横坐标为电堆电流密度值，纵坐标为平均单片电压值。所述阴极背压值可以为多个。所述阴极背压值的设定由试验人员预先设定。极化曲线试验为台架试验的一种，后续内容如若提及，不再重复说明。

s220，构建燃料电池堆仿真模型，将第一模型参数输入至所述燃料电池堆仿真模型，获取所述燃料电池堆仿真模型输出的，在不同阴极背压值下的第一仿真数据图表。

具体地，本步骤中，所述燃料电池堆仿真模型可以为matlab-simulink模型。simulink为matlab的一个图形化编译环境。所述燃料电池堆仿真模型并不具备步骤s210中的台架试验环境和实体燃料电池系统。将第一模型参数输入至所述燃料电池堆仿真模型，可以模拟台架试验环境和实体燃料电池系统。

本实施例中，通过台架试验与仿真模型试验分别获取多个第一数据图表和多个第一仿真数据图表，为后续燃料电池堆仿真模型的拟合度校正，提供数据基础。

在本申请的一实施例中，所述步骤s210包括如下步骤s211至步骤s215：

s211，设定试验环境数据。所述试验环境数据包括阴极空气通入量、阴极空气通入时间、阴极通入空气湿度、阳极氢气通入量、阳极氢气通入时间、阳极通入氢气湿度、冷却水温度和冷却水通入量中的一种或多种。

具体地，步骤s211至步骤s215，为极化曲线试验的具体步骤。为了保证测试精度，所述阴极通入空气湿度和所述阳极通入氢气湿度需要足够大，以保证所述燃料电池系统处于正常工作状态下的反应区可以充分浸润。所述阴极空气通入时间和所述阳极空气通入时间要足够长，以保证所述燃料电池系统内部状态稳定。

s212，获取所述燃料电池堆的最大允许背压值和最小允许背压值。进一步地，在所述最大允许背压值和所述最小允许背压值之间，等数据间隔选取n个阴极背压值。n为正整数且n不小于6。

具体地，所述最大允许背压值、所述最小允许背压值和所述n个阴极背压值，均由试验人员预先设定。选取的阴极背压值若超出最大允许背压值，会导致燃料电池堆不可逆损坏。选取的阴极背压值若小于最小允许背压值，会导致燃料电池堆内的气体无法排向大气。所述最小允许背压值可以设置为1bar(bar为压强单位的一种，1bar约等于100千帕，即一个标准大气压)。所述最大允许背压值大于所述最小允许背压值，所述最大允许背压值的选取可以任意。例如，所述最大允许背压值可以设置为1.9bar。可选地，n取8。

举例说明，当最大允许背压值为1.9bar，最小允许背压值为1bar，n取8时，选取的阴极背压值分别为：1.1bar、1.2bar、1.3bar、1.4bar、1.5bar、1.6bar、1.7bar和1.8bar。

s213，选取一个阴极背压值，在该阴极背压值下，将所述燃料电池堆的电流负载从初始电堆电流值逐步加载，获取在m个不同电堆电流值对应的m个平均单片电压值，直至所述平均单片电压值小于0.5v。进一步地，依据所述电堆电流值与所述平均单片电压值的对应关系，生成电堆电流值-平均单片电压值数据图表。m为正整数且m不小于6。每一个电堆电流值对应一个平均单片电压值。

具体地，在本步骤中，不能直接测试在不同电堆电流值下的平均单片电压值。在本步骤中，先测试在不同电堆电流值下的电堆电压值。进一步地，依据公式4，将每一个电堆电压值转化为平均单片电压值：

其中，u0为所述平均单片电压值。u为所述电堆电压值。n为单片电池数量。燃料电池堆由多个单片燃料电池串联构成。单片燃料电池的总数量为单片电池数量。燃料电池堆的平均单片电压值即电堆电压值与单片电池数量的比值。

所述初始电堆电流值可以设置为0a。随着所述燃料电池堆的电堆电流值升高，所述燃料电池堆的电堆电压值会随之下降，所述平均单片电压值也会随之下降。

可选地，所述电堆电流值的加载幅度可以先小后大。在本申请的一实施例中，先将所述燃料电池堆的电流负载从0a逐步加载至20a，每次加载的幅度为4a。可以理解，此时可以获取不同电流值0a、4a、8a、12a、16a、20a各自对应的电堆电压值。进一步地，可以在20a的基础上，从20a逐步加载至燃料电池堆的平均单片电压值小于0.5v为止，每次加载的幅度为20a。可以理解，此时可以获取不同电流值40a、60a……各自对应的电堆电压值。进一步地，依据公式4，将每一个电堆电压值转化为平均单片电压值。

最终，依据所述电堆电流值与所述平均单片电压值的对应关系，生成电堆电流值-平均单片电压值数据图表。所述电堆电流值-平均单片电压值数据图表可以为数据表，也可以为曲线图。

s214，对所述电堆电流值-平均单片电压值数据图表进行数据处理，将电堆电流值-平均单片电压值数据图表转化为电堆电流密度值-平均单片电压值数据图表。进一步地，将所述电堆电流密度值-平均单片电压值数据图表作为所述第一数据图表。

具体地，通过步骤s213，可以得出电堆电流值-平均单片电压值数据图表。本步骤，可以将电堆电流值转化为电堆电流密度值，使得电堆电流值与平均单片电压值的对应关系，转化为电堆电流密度值与平均单片电压值的对应关系。

s215，反复执行步骤s213至步骤s214，获取n个阴极背压值对应的n个第一数据图表。每一个阴极背压值对应一个第一数据图表。

具体地，举例说明，当n取8时，可以得到8个第一数据图表。每一个阴极背压值对应一个第一数据图表。

本实施例中，通过选取n个阴极背压值，并在每个阴极背压值下，对所述燃料电池堆进行极化曲线试验，获取电堆电流密度值-平均单片电压值数据图表，作为第一数据图表，为后续燃料电池堆仿真模型的拟合度校正提供标定值。

在本申请的一实施例中，所述步骤s214包括如下步骤s214a至步骤s214b：

s214a，获取所述燃料电池堆的单片膜电极使用面积。依据公式1，将所述电堆电流值-平均单片电压值数据图表中的每一个电堆电流值转化为电堆电流密度值：

其中，j为所述电堆电流密度值。i为所述电堆电流值。s为所述燃料电池堆的单片膜电极使用面积。

具体地，燃料电池堆由多个单片燃料电池串联构成。可以认为，每个单片燃料电池的单片膜电极使用面积相同，获取所述燃料电池堆的单片膜电极使用面积。进一步，通过公式1，可以将电堆电流值换算为电堆电流密度值。

s214b，生成电堆电流密度值-平均单片电压值数据图表，将所述电堆电流密度值-平均单片电压值数据图表作为所述第一数据图表。

具体地，所述第一数据图表可以为基于平面直角坐标系绘制的曲线图，如图2所示，横坐标为电堆电流密度值，纵坐标为平均单片电压值。

本实施例中，通过数值换算，可以将电堆电流值-平均单片电压值数据图表，转化为电堆电流密度值-平均单片电压值数据图表。

在本申请的一实施例中，所述第一模型参数包括第一固定参数和第一变量参数。所述步骤s220包括如下步骤s221至步骤s223：

s221，获取所述第一固定参数中的已知参数，将所述第一固定参数中的未知参数赋予经验值。

具体地，为控制变量，所述第一固定参数为燃料电池堆仿真模型试验中的不变数值。所述第一变量参数为变量。所述第一固定参数又分为已知参数和未知参数。这是由于燃料电池仿真模型试验的运行，需要涉及大量参数，很多未知参数无法预先设定，只能赋予经验值来作为约束条件。可选地，所述第一固定参数中的已知参数可以为阴极过量系数、燃料电池堆温度等等。可选地，所述第一固定参数中的未知参数可以为质子交换膜上的水蒸气解吸附率、质子交换膜上的液态水解吸附率等等。

s222，获取所述第一变量参数，所述第一变量参数为阴极背压值。

具体地，本步骤中采用的阴极背压值与步骤s210极化曲线试验中采用的阴极背压值的数值和数量均相等，以保证台架试验和仿真模型试验的输入数据保持一致。举例说明，步骤s210中，阴极背压值为8个，分别为1.1bar、1.2bar、1.3bar、1.4bar、1.5bar、1.6bar、1.7bar和1.8bar。步骤s222中，第一变量参数也为8个阴极背压值，分别为1.1bar、1.2bar、1.3bar、1.4bar、1.5bar、1.6bar、1.7bar和1.8bar。

s223，将所述第一固定参数和所述第一变量参数输入至所述燃料电池堆仿真模型。保持所述第一固定参数不变，不断调整所述第一变量参数的数值，获取所述燃料电池堆仿真模型输出的，在不同阴极背压值下的第一仿真数据图表。

具体地，为控制变量，保持所述第一固定参数不变，不断调整所述第一变量参数的数值，获取所述燃料电池堆仿真模型输出的，在不同阴极背压值下的第一仿真数据图表。如果阴极背压值为8个，则获取8个第一仿真数据图表。

本实施例中，基于控制变量的原则，制定第一模型参数，使得燃料电池堆仿真模型可以输出在不同阴极背压值下的第一仿真数据图表，为后续燃料电池堆仿真模型的拟合度校正提供数据基础。

在本申请的一实施例中，所述步骤s300包括如下步骤s310至步骤s320：

s310，对所述空压机进行功耗性能测试，获取所述空压机在不同空压机转速，不同空压机流量值下的空压机压比与空压机功耗值，生成第二数据图表。

具体地，对空压机进行的台架试验为功耗性能测试。所述第二数据图表如图所示。功耗性能测试为台架试验的一种，后续内容如若提及，不再重复说明。

s320，构建空压机仿真模型，将第二模型参数输入至所述空压机仿真模型，获取所述空压机仿真模型输出的第二仿真数据图表。

具体地，所述空压机仿真模型可以使用商业化的空压机建模仿真软件compal来搭建。与步骤s220类似，所述步骤s320通过将第二模型参数输入至所述空压机仿真模型，可以模拟功耗性能测试环境和实体空压机。

本实施例中，通过功耗性能测试与仿真模型试验分别获取第二数据图表和第二仿真数据图表，为后续空压机仿真模型的拟合度校正，提供数据基础。

在本申请的一实施例中，所述步骤s310包括如下步骤s311至步骤s315：

s311，获取所述空压机的空压机额定转速。进一步地，依据所述空压机额定转速，设定i个空压机转速。i为正整数且i不小于6。

具体地，所述空压机额定转速，由选取的空压机本身决定。所述空压机额定转速为空压机的自身属性参数。i的取值由试验人员预先设定。举例说明，i可为8，8个空压机转速分别为：0.3倍的空压机额定转速、0.4倍的空压机额定转速、0.5倍的空压机额定转速、0.6倍的空压机额定转速、0.7倍的空压机额定转速、0.8倍的空压机额定转速、0.9倍的空压机额定转速和1倍的空压机额定转速。需要说明的是，设定的空压机转速可以略大于所述空压机额定转速，但设定的空压机转速需要小于厂家提供的空压机的最大安全转速。当设定的空压机转速大于空压机最大安全转速，会导致空压机损坏，无法继续使用。

s312，选取一个空压机转速，获取在该空压机转速下的最大空压机流量和最小空压机流量。

具体地，举例说明，当选取0.3倍的空压机额定转速时，可以获取在0.3倍的空压机额定转速下的最大空压机流量和最小空压机流量。

s313，在所述最大空压机流量和所述最小空压机流量之间，等数据间隔选取j个空压机流量值。j为正整数且j不小于6。

具体地，本步骤中，空压机流量值的选取与步骤s212中阴极背压值的选取的原理类似。j的取值由试验人员预先设定。可选地，j可以为12。

s314，获取在不同空压机流量值下的空压机压比与空压机功耗。

具体地，获取每一个空压机流量值下的空压机压比与空压机功耗。空压机压比为出口压力与进口压力的比值。空压机功耗的单位为千瓦。当j为12时，可以获取12组空压机压比与空压机功耗，每组空压机压比与空压机功耗对应一个空压机流量值。

s315，反复执行步骤s312至步骤s314，获取在i个空压机转速与j个空压机流量值下的i×j组空压机压比与空压机功耗，生成所述第二数据图表。

具体地，空压机转速为i个，可以执行i轮步骤s312至步骤s314，每轮步骤s312至步骤s314可以获取j组空压机压比与空压机功耗。可以理解，执行i轮步骤s312至步骤s314后，可以获取i×j组空压机压比与空压机功耗。进一步地，依据i×j组空压机压比与空压机功耗，可以生成第二数据图表，如表1所示。当i取8，j取12时，产生96组空压机压比与空压机功耗。表1无法完全列出，仅做示意作用。

本实施例中，通过选取i个空压机转速和j个空压机流量值，并在每个空压机转速和空压机流量值下，对实体空压机进行功耗性能测试，获取空压机压比与空压机功耗，生成第二数据图表，为后续空压机仿真模型的拟合度校正提供标定值。

在本申请的一实施例中，所述步骤s320包括如下步骤s321至步骤s323：

s321，获取所述第二固定参数中的已知参数，将所述第二固定参数中的未知参数赋予经验值。

具体地，与步骤s221类似，空压机仿真模型试验的运行，也需要涉及大量参数，很多未知参数无法预先设定，只能赋予经验值来作为约束条件。可选地，所述第二固定参数的列举可以如表2所示。至于未知参数和已知参数具体为哪些参数，需要依据空压机仿真模型的类型与实际试验情况而定。

表2：空压机仿真模型-模型参数表

举例说明，所述第二固定参数中的已知参数可以为表2中的叶轮入口叶片数。所述第二固定参数中的未知参数可以为表2中的进口处气动阻塞系数。

s322，获取所述第二变量参数，所述第二变量参数包括所述空压机转速和所述空压机流量值。

具体地，与步骤s222的原理类似。本步骤中采用的空压机转速和空压机流量值与步骤s310中采用的空压机转速和空压机流量值的数值与数量均相等，以保证台架试验和仿真模型试验的输入数据保持一致。

s323，将所述第二固定参数和所述第二变量参数输入至所述空压机仿真模型。保持所述第二固定参数不变，不断调整所述第二变量参数的数值，获取所述空压机仿真模型输出的第二仿真数据图表。

具体地，步骤s323与步骤s223的原理类似。此处不再赘述。与步骤s223不同的是，输出的第二仿真数据图表只有一张表格。

本实施例中，基于控制变量的原则，制定第二模型参数，使得空压机仿真模型可以输出在第二仿真数据图表，为后续空压机仿真模型的拟合度校正提供数据基础。

在本申请的一实施例中，所述步骤s400包括如下步骤s411至步骤s414：

s411，选取一个阴极背压值下的第一数据图表与第一仿真数据图表。获取在同一电堆电流密度值下，第一数据图表中的平均单片电压值，以及第一仿真数据图表中的平均单片电压值。进一步地，依据公式2，计算第一拟合度，得出在多个电堆电流密度下的多个第一拟合度：

其中，w1为所述第一拟合度。u0_sim为第一仿真数据图表中的平均单片电压值。u0为第一数据图表中的平均单片电压值。

具体地，步骤s411至步骤s414为燃料电池堆仿真模型的拟合度校正的具体步骤。当所述第一数据图表和第一仿真数据图表为以横坐标为电堆电流密度值，纵坐标为平均单片电压值绘制的曲线图时，所述第一拟合度的计算，实际是计算纵坐标的拟合程度。

s412，判断所述多个第一拟合度是否均大于或等于第一预设拟合度。

具体地，所述第一预设拟合度可以由试验人员预先设定。所述第一预设拟合度可以为90％。

s413，若所述多个第一拟合度均大于或等于第一预设拟合度，则确定该阴极背压值下的第一数据图表与第一仿真数据图表的拟合程度满足第一拟合度要求。

具体地，若所述多个第一拟合度均大于或等于第一预设拟合度，则表明第一数据图表中每一个数据点的纵坐标，与第一仿真数据图表中对应数据点的纵坐标均满足拟合度要求。则进一步确定第一数据图表与第一仿真数据图表的拟合程度满足第一拟合度要求。反之，若有任意一个第一拟合度小于第一预设拟合度，则判断第一数据图表与第一仿真数据图表的拟合程度不满足第一拟合度要求。

当然，所述步骤s411至步骤s413仅是一张第一数据图表与一张第一仿真数据图表的拟合度校正过程。每一个阴极背压值均对应一张第一数据图表与一张第一仿真数据图表，后续需要继续对其余阴极背压值对应的第一数据图表与第一仿真数据图表进行拟合程度的校正。

s414，反复执行所述步骤s411至步骤s413，判断每一个阴极背压值对应的第一数据图表与第一仿真数据图表的拟合程度是否均满足第一拟合度要求。

具体地，在前述步骤s212中，选取的阴极背压值数量为n，则执行n轮所述步骤s411至步骤s413。

本实施例中，通过计算第一数据图表中的平均单片电压值，与第一仿真数据图表中的平均单片电压值的第一拟合度，与第一预设拟合度比对，实现了第一数据图表与第一仿真数据图表的拟合程度的判断，从而实现了对燃料电池堆仿真模型的拟合度校正，校正步骤严谨科学，确保仿真模型可靠性强。

在本申请的一实施例中，所述步骤s400包括如下步骤s421至步骤s423：

s421，获取在同一空压机转速下，同一空压机流量值下，所述第二数据图表中的空压机功耗值，以及所述第二仿真数据图表中的空压机功耗值，依据公式3，计算第二拟合度，得出多个第二拟合度：

其中，w1为第一拟合度。psim为空压机功耗仿真数据图表中的空压机功耗值。p为空压机功耗数据图表中的空压机功耗值。

具体地，步骤s421至步骤s413为空压机仿真模型的拟合度校正的具体步骤。如表1所示，第二数据图表和第二仿真数据图表均可以用表格表示，需要计算第二数据图表与第二仿真数据图表中每组空压机转速、空压机流量值、空压机压比与空压机功耗值中空压机功耗值的第二拟合度。举例说明，在步骤s311至步骤s315中，i取8，j取12，则有96组空压机功耗值，需要计算96个第二拟合度。

s422，判断所述多个第二拟合度是否均大于或等于第二预设拟合度。

具体地，所述第二预设拟合度由试验人员预先设定。所述第二预设拟合度可以为90％。

s423，若所述多个第二拟合度均大于或等于所述第二预设拟合度，则确定所述第二数据图表与第二仿真数据图表的拟合程度满足第二拟合度要求。

具体地，承接上述实施例，若有96组空压机功耗值，需要计算96个第二拟合度，并在96个第二拟合度均大于或等于第二预设拟合度时，方能确定所述第二数据图表与第二仿真数据图表的拟合程度满足第二拟合度要求。

本实施例中，通过计算第二数据图表中的空压机功耗值，与第二仿真数据图表中的空压机功耗值的第二拟合度，与第二预设拟合度比对，实现了第二数据图表与第二仿真数据图表的拟合程度的判断，从而实现了对空压机仿真模型的拟合度校正，校正步骤严谨科学，确保仿真模型可靠性强。。

在本申请的一实施例中，所述燃料电池系统万有特性图的生成方法还包括如下步骤s611至步骤s613：

s611，若存在任意一个阴极背压值对应的第一数据图表与第一仿真数据图表的拟合程度不满足所述第一拟合度要求，则调整所述第一固定参数中的未知参数。

具体地，在执行步骤s411至步骤s414后，若存在任意一个阴极背压值对应的第一数据图表与第一仿真数据图表的拟合程度不满足所述第一拟合度要求，则调整所述第一固定参数中的未知参数。

s612，将调整后的所述第一固定参数中的未知参数、所述第一固定参数中的已知参数和所述第一变量参数输入至所述燃料电池堆仿真模型。进一步地，保持所述第一固定参数不变，不断调整所述第一变量参数的数值，获取所述燃料电池堆仿真模型输出的，在不同阴极背压值下的第一仿真数据图表。

具体地，在调整所述第一固定参数中的未知参数后，继续执行与步骤s223类似的步骤，获取所述燃料电池堆仿真模型输出的，在不同阴极背压值下的第一仿真数据图表。

s613，执行步骤s411至步骤s414，继续判断每一个阴极背压值对应的第一数据图表与第一仿真数据图表的拟合程度是否均满足第一拟合度要求，直至每一个阴极背压值对应的第一数据图表与第一仿真数据图表的拟合程度均满足所述第一拟合度要求。

具体地，本步骤的原理与步骤s411至步骤s414的原理类似，此处不再赘述。

本实施例中，通过不断调整所述第一固定参数中的未知参数，实现对燃料电池堆仿真模型的准确校正。

在本申请的一实施例中，所述燃料电池系统万有特性图的生成方法还包括如下步骤s621至步骤s623：

s621，若所述第二数据图表与第二仿真数据图表的拟合程度不满足所述第二拟合度要求，则调整所述第二固定参数中的未知参数。

具体地，在执行步骤s421至步骤s423后，若存在所述第二数据图表与第二仿真数据图表的拟合程度不满足所述第二拟合度要求，则调整所述第二固定参数中的未知参数。

s622，将调整后的所述第二固定参数中的未知参数、所述第二固定参数中的已知参数和所述第二变量参数输入至所述空压机仿真模型。保持所述第二固定参数不变，不断调整所述第二变量参数的数值，获取所述空压机仿真模型输出的第二仿真数据图表。

具体地，在调整所述第一固定参数中的未知参数后，继续执行与步骤s323类似的步骤，获取所述空压机仿真模型输出的第二仿真数据图表。

s623，执行步骤s421至步骤s423，继续判断所述第二数据图表与第二仿真数据图表的拟合程度是否满足第二拟合度要求，直至所述第二数据图表与第二仿真数据图表的拟合程度满足所述第二拟合度要求。

具体地，本步骤的原理与步骤s421至步骤s423的原理类似，此处不再赘述。

本实施例中，本实施例中，通过不断调整所述第二固定参数中的未知参数，实现对空压机仿真模型的准确校正。

在本申请的一实施例中，所述步骤s500包括如下步骤s510至步骤s530：

s510，将所述燃料电池堆仿真模型和所述空压机仿真模型耦合，构成复合仿真模型。

具体地，在执行步骤s100至步骤s400，确定所述燃料电池堆仿真模型和所述空压机仿真模型均校正完毕后，将所述燃料电池堆仿真模型和所述空压机仿真模型投入使用。具体地，将所述燃料电池堆仿真模型和所述空压机仿真模型耦合，构成复合仿真模型。

s520，依据所述复合仿真模型，计算在不同阴极背压值与不同电堆电流密度值下，所述待评价燃料电池系统的净输出功率与系统效率。

具体地，所述阴极背压可以决定空压机压比，所述电堆电流密度值可以决定空压机流量值，因此通过耦合后的复合仿真模型，可以计算在不同阴极背压值与不同电堆电流密度值下，所述待评价燃料电池系统的净输出功率与系统效率。

s530，基于不同阴极背压值与不同电堆电流密度值下，所述待评价燃料电池系统的净输出功率与系统效率，生成燃料电池系统万有特性图。

具体地，所述燃料电池系统万有特性图的示意图，如图3所示。图3中横坐标为阴极背压值，纵坐标为电堆电流密度值。图3中带有圆圈的实线部分为平均单片电压值为0.5v时，电堆电流密度值随阴极背压变化而变化的趋势曲线，这段曲线为所述燃料电池系统的外特性曲线。图3中不带圆圈的实线部分为等系统净输出功率线。图3中点划线部分为等系统效率线。

在本申请的一实施例中，所述步骤s500还包括：

s540，依据所述燃料电池系统万有特性图对所述待评价燃料电池系统进行经济性评价。

具体地，所述燃料电池系统万有特性图，可以指导燃料电池系统的经济性评价。基于所述燃料电池系统万有特性图，对所述待评价燃料电池系统进行经济性评价的方式可以为多种。具体的经济性评价方式可以包括以下几种方式：

1)基于所述燃料电池系统万有特性图，可以直观地看出燃料电池系统总体的经济性和动力性，实现初步的经济性评价。例如，基于所述燃料电池系统万有特性图，可以查找最高等系统效率线，判断燃料电池系统的最高系统效率是否足够高，满足用户需求。例如，可以判断燃料电池系统的常用工况点是否大部分落在高系统效率的区间。

2)基于所述燃料电池系统万有特性图中的等系统效率线，可以依据用户需求，划定可行域范围。例如，如图3所示，用户需求燃料电池系统的系统效率不能低于45％，则可以在燃料电池系统万有特性图中，直接划定可行域范围，通过可行域的特征来判断待评价燃料电池系统的经济性。

总之，用户可以依据燃料电池系统万有特性图对待评价燃料电池系统的经济性进行综合评价。

本实施例中，生成燃料电池系统万有特性图可以直观展示燃料电池系统在不同阴极背压、不同功率需求下的经济性，可用于指导燃料电池系统的优化控制，跳过了燃料电池工况的设定与研究，数据真实可靠。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本申请专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请的保护范围应以所附权利要求为准。