燃料电池输出响应参数的敏感性分析

现在有很大的研究动力来确定哪些参数对燃料电池的稳态和瞬态响应影响更大，因为这会促进改善模拟和设计（改进内部设计而不是外部控制器设计）。文献[38]中的敏感性分析使用了燃料电池电化学模型和从500W BCS Technology质子交换膜燃料电池堆采集的数据^[39]。他们的目的是确定每个参数对燃料电池模型模拟准确性的相对重要性。为了弄清这一点，他们使用了多参数敏感性分析法来计算燃料电池电化学模型的参数敏感性。为了表达燃料电池堆电化学性能，他们用一阶（一个电容）电路来模拟燃料电池的动态性能。但他们的主要关注点是燃料电池的“稳态”响应，并评估不同参数对电池堆极化曲线的影响。当电流变化后，双层充电效应导致燃料电池电压变化延迟这一现象，可以用一个等效电容作为参数来描述。所以为了评估这个模型“动态”反应的准确度，需要研究这个电容对模型阶跃响应的影响（代表在现实世界中的电流中断测量）。这个电容不会影响电池堆极化曲线，因为这条曲线上每个点的电压是在达到稳态值后采集的。正如所预料的，瞬时响应分析结果与基本电阻电容电路相似。

本节的其余部分将介绍对于输入输出传递函数（这是一个线性系统的概念）的敏感性分析结果^[40，41]。传递函数是根据第3.6.1节所述^[42]的线性小信号燃料电池动态模型推出的。这些结果能使我们更清楚地看到哪个物理参数对燃料电池动态响应的影响更大。

我们研究的传递函数代表了燃料电池输出电压（系统输出）对负载电流（系统输入）小波动的响应。这相当于它的输出阻抗。我们知道这种阻抗已经被研究很久了，通常是通过测量交流阻抗谱，来确定电池物理过程的特性、电性能和瞬时响应^[43-45]。但在这一章中，我们将介绍燃料电池输出阻抗略微不同的用途。(www.xing528.com)

敏感性在数学上定义为一个函数对其参数的偏导数除以这个函数与这个参数的比率。在这里，它测量一个给定参数的单位变化对燃料电池输入输出传递函数的影响（小负载电流的变化）。燃料电池动态响应的敏感性可以用以下参数来评估：电池的有效面积，电池激活损耗参数（Tafel塔菲尔线的斜率），浓度损耗参数，电池限制电流密度（对应于浓度损耗），电池内部电流密度（对应于内部电流损耗），电池交换电流密度（对应于激活损耗），电池堆的电池数，电池面积比电阻（对应于电阻损耗），电池堆工作温度（实际上是一个工作条件参数），电池阳极体积和阴极体积。以下有几个图表示并比较这些敏感性函数。