[發(fā)明專利]一種大面積燃料電池電流密度分布計算方法

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• 申請?zhí)枺?/td>: 202210692555.1
• 申請日: 2022-06-17
• 公開（公告）號: CN115207417A
• 公開（公告）日: 2022-10-18
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 戴海峰;唐偉;魏學哲
• 申請（專利權(quán)）人: 同濟大學
• 主分類號: H01M8/04537
• 分類號: H01M8/04537;H01M8/04492;H01M8/0438;H01M8/0432;H01M8/04298
• 代理公司: 上海科盛知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 31225
• 代理人: 楊宏泰

1.一種大面積燃料電池電流密度分布計算方法，其特征在于，該方法包括以下步驟：

S1、獲取燃料電池陽極出口處和陽極入口處的電壓數(shù)據(jù)；

S2、獲取燃料電池陽極入口處的流量、壓力和相對濕度以及陰極入口處的流量、壓力和相對濕度數(shù)據(jù)；

S3、獲取燃料電池雙極板內(nèi)部的溫度采樣數(shù)據(jù)；

S4、構(gòu)建四腔氣體動態(tài)模型和電壓模型；

S5、基于四腔氣體動態(tài)模型和電壓模型將獲取的數(shù)據(jù)導入后計算電流密度分布。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種大面積燃料電池電流密度分布計算方法，其特征在于，所述的步驟S1中，通過布置在燃料電池陽極出口處和陽極入口處的電壓巡檢儀獲取電壓數(shù)據(jù)。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種大面積燃料電池電流密度分布計算方法，其特征在于，所述的步驟S2中，通過燃料電池測試臺獲取燃料電池陽極入口處的流量、壓力和相對濕度以及陰極入口處的流量、壓力和相對濕度數(shù)據(jù)。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種大面積燃料電池電流密度分布計算方法，其特征在于，所述的步驟S3中，通過外接數(shù)采卡獲取燃料電池雙極板內(nèi)部的溫度采樣數(shù)據(jù)。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種大面積燃料電池電流密度分布計算方法，其特征在于，所述的步驟S4中，四腔氣體動態(tài)模型具體是在陰極/陽極通道中，根據(jù)氧、氮、氫、水蒸氣質(zhì)量守恒原理描述進出口的氣體動力學過程，將所有物質(zhì)視為理想氣體。

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種大面積燃料電池電流密度分布計算方法，其特征在于，所述的燃料電池采用陰極陽極交叉供氣模式，在四腔氣體動態(tài)模型搭建過程中將燃料電池劃分成兩個半電池，則有：

1)陰極入口腔體腔體1與陽極出口腔體腔體4共同組成一個半電池，即陽極出口半電池；

2)陰極出口腔體腔體2和陽極入口腔體腔體3共同組成另一個半電池，即陽極入口半電池；

3)兩個半電池并聯(lián)工作，反應(yīng)氣體流動為串聯(lián)關(guān)系；

4)陰極新鮮空氣先進入陽極出口半電池，在陽極出口半電池中發(fā)生反應(yīng)后進入陽極入口半電池，之后再排出燃料電池；

5)陽極新鮮氫氣先進入陽極入口半電池，在陽極入口半電池中發(fā)生反應(yīng)后進入陽極出口半電池，之后再排出燃料電池；

6)陽極氣體濃度變化或陰極氣體濃度變化均會導致燃料電池內(nèi)部電流和電壓的再分配。

7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種大面積燃料電池電流密度分布計算方法，其特征在于，對于陰極入口腔體腔體1，其狀態(tài)方程為：

其中，為腔體1內(nèi)的氮氣分壓，為腔體1內(nèi)的氧氣分壓，V_ca為腔體內(nèi)體積，i₁為陽極出口半電池中的電流，A為有效活性面積，F(xiàn)為法拉第常數(shù)，N為電池片數(shù)，R為氣體常數(shù)，為入口空氣的摩爾流量，為陰極入口流量的空氣氧摩爾分數(shù)，其根據(jù)陰極入口相對濕度為60％計算，為腔體1中的空氣氧摩爾分數(shù)，為腔體1和腔體2之間的摩爾流量，為腔體1內(nèi)氧氣濃度，T_fc為燃料電池工作溫度，t為時間，P_ch1為腔體1內(nèi)的氣體壓力，為局部飽和蒸汽壓；

對于陰極出口腔體腔體2，其狀態(tài)方程為：

其中，為腔體2內(nèi)的氮氣分壓，為腔體2內(nèi)的氧氣分壓，為陰極出口流量的空氣氧摩爾分數(shù)，為腔體2內(nèi)氧氣濃度，為出口空氣的摩爾流量，P_ch2為腔體2內(nèi)的氣體壓力，為陰極流道中水蒸氣分壓，為腔體2中的空氣氧摩爾分數(shù)。