[發(fā)明專利]一種質(zhì)子交換膜燃料電池瞬態(tài)運行性能的預(yù)測方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110795052.2
• 申請日: 2021-07-14
• 公開（公告）號: CN113704961A
• 公開（公告）日: 2021-11-26
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 楊欽文;肖罡;高彬
• 申請（專利權(quán)）人: 湖南大學(xué)
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20;G06Q10/04;G06Q50/06;G06F17/11;G06F119/14
• 代理公司: 湖南兆弘專利事務(wù)所(普通合伙) 43008
• 代理人: 胡君

1.一種質(zhì)子交換膜燃料電池瞬態(tài)運行性能的預(yù)測方法，其特征在于，步驟包括：

S01、確定待預(yù)測質(zhì)子交換膜燃料電池所需調(diào)控的運行參數(shù)，根據(jù)所述運行參數(shù)計算氣體傳輸?shù)倪吔鐥l件與相變平衡閾值；

S02.計算待預(yù)測質(zhì)子交換膜燃料電池內(nèi)部的動態(tài)物理參數(shù)在傳輸過程中的傳輸量，以得到所述動態(tài)物理參數(shù)的變化量；

S03.按照預(yù)先構(gòu)建的用于模擬質(zhì)子交換膜燃料電池瞬態(tài)負(fù)載變化的模型，計算待預(yù)測質(zhì)子交換膜燃料電池中催化層的氣體瞬時參數(shù)；

S04.根據(jù)步驟S01～S03計算得到的各項參數(shù)，按照預(yù)先構(gòu)建的輸出性能參數(shù)計算模型，計算待預(yù)測質(zhì)子交換膜燃料電池的實時輸出性能參數(shù)。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的質(zhì)子交換膜燃料電池瞬態(tài)運行性能的預(yù)測方法，其特征在于，所述步驟S01中運行參數(shù)具體包括入氣壓力、入氣相對濕度與熱源溫度，所述邊界條件包括局部氣體濃度，所述相變平衡閾值包括飽和水蒸氣壓與平衡膜含水量。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的質(zhì)子交換膜燃料電池瞬態(tài)運行性能的預(yù)測方法，其特征在于，所述局部氣體濃度具體由局部氣體壓力計算得到，所述局部氣體壓力具體按照下式計算得到：

其中為局部氫氣壓力，為局部氧氣壓力，p_a為陽極入氣壓力，p_c為陰極入氣壓力，p_sat為飽和水蒸氣壓，RH_a為陽極相對濕度，RH_c為陰極相對濕度，I為電流密度，T為電池溫度，R為理想氣體常數(shù)；

所述局部氣體濃度的計算表達(dá)式為：

其中為局部氫氣濃度，為局部氧氣濃度；

所述飽和水蒸氣壓的計算表達(dá)式為：

log₁₀(P_sat)＝2.953×10^-2·T_c-9.1837×10^-5·T_c²+1.4454×10^-7T_c³-2.1794

其中T_c＝T-273.15K；

所述平衡膜含水量的計算表達(dá)式為：

a＝RH+2s

其中，λ_eq為平衡膜含水量，a為水活性，s為液態(tài)水飽和度。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的質(zhì)子交換膜燃料電池瞬態(tài)運行性能的預(yù)測方法，其特征在于，所述步驟S02中，所述在傳輸過程具體包括計算氣體傳輸過程、水傳輸過程以及溫度傳輸過程，所述氣體傳輸過程中具體根據(jù)氣體凈流通量計算氣體在質(zhì)子交換膜燃料電池內(nèi)指定部位的局部氣體濃度，所述水傳輸過程中具體根據(jù)液態(tài)水飽和度傳輸量、液態(tài)水飽和度凈流通量以及液態(tài)水壓力計算當(dāng)前在質(zhì)子交換膜燃料電池內(nèi)指定部位的液態(tài)水飽和度，以及根據(jù)膜含水量傳輸量與膜含水量的凈流通量計算當(dāng)前在質(zhì)子交換膜燃料電池內(nèi)指定部位的膜含水量，所述溫度傳輸過程中具體根據(jù)體積熱容以及熱量凈流通量計算溫度量。