燃料电池多点分析方法技术

本申请涉及一种燃料电池多点分析方法。所述燃料电池多点分析方法通过气体采样的方法，获取与燃料电池正极连接的所述第一单体的所述基础电流密度。再通过获取第二单体的电势，可以得到所述第二单体的阴极所在的所述双极板的横向电流密度。最后根据所述基础电流密度和所述横向电流密度，计算所述第二单体在每个所述第二区域的电流密度。通过所述燃料电池多点分析方法，可以在不破坏所述燃料电池内部结构的情况下，得到每个所述单体的电流密度分布状况。通过每个所述单体的电流密度分布状况，判断所述单体的性能状况。所述燃料电池多点分析方法有助于提高电堆的设计评价的准确性，进而促进燃料电池结构优化。

Multipoint Analysis Method for Fuel Cells

This application relates to a fuel cell multipoint analysis method. The fuel cell multipoint analysis method obtains the basic current density of the first monomer connected with the fuel cell cathode by means of gas sampling. By obtaining the potential of the second monomer, the transverse current density of the bipolar plate where the cathode of the second monomer is located can be obtained. Finally, according to the basic current density and the transverse current density, the current density of the second monomer in each of the second regions is calculated. By the multi-point analysis method of the fuel cell, the current density distribution of each of the monomers can be obtained without destroying the internal structure of the fuel cell. The performance of the monomer is judged by the current density distribution of each monomer. The multi-point analysis method of fuel cell is helpful to improve the accuracy of the design evaluation of the stack, and then to promote the optimization of the fuel cell structure.

【技术实现步骤摘要】
燃料电池多点分析方法
本申请涉及电池
，特别是涉及一种燃料电池多点分析方法。
技术介绍
燃料电池是一种环境友好、高效、长寿命的发电装置。以质子交换膜燃料电池(PEMFC)为例，燃料气体从阳极侧进入，氢原子在阳极失去电子变成质子，质子穿过质子交换膜到达阴极，电子同时经由外部回路也到达阴极，而在阴极质子、电子与氧气结合生成水。燃料电池采用非燃烧的方式将化学能转化为电能，由于不受卡诺循环的限制其直接发电效率可高达50％以上。大功率燃料电池电堆由多个大面积燃料电池单体串联而成。这种电池单体由双极板与膜电极依次叠合而成。在实际运行之中，各个单体的内部状态分布是不一样的，这导致了燃料电池每一个单体的内部电流密度的分布是不一样的。但是由于是串联工作，每一个单体的性能下降，都会限制整个电堆的工作状态。由于电池单体多块串联叠放，燃料电池内部状态被隐蔽。在不破坏燃料电池结构的情况下，无法检测每个单体的性能状况。
技术实现思路
基于此，有必要针对由于电池单体叠放，燃料电池内部状态被隐蔽，无法检测每个单体的性能状况的问题，提供一种燃料电池多点分析方法。一种燃料电池多点分析方法，所述电堆包括与燃料电池正极连接的第一单体和与所述第一单体串联的多个第二单体，所述单体包括相邻双极板，所述双极板的表面设置流道，其特征在于，所述方法包括：S100，在与所述第一单体阴极间隔设置多个气体采样点，通过所述气体采样点获取所述第一单体阴极的不同组分的气体含量，通过所述气体采样点将所述第一单体阴极所在的双极板分为多个第一区域，基于所述气体含量，得到所述多个第一区域的基础电流密度，所述基础电流密度的方向为所述电堆内部的负极指向正极；S200，将每个所述第二单体的阴极所在的所述双极板划分为与所述第一区域对应设置的多个第二区域，获取每个所述第二区域沿着流道方向的两端的电势，基于所述电势和所述第二区域的内阻计算每个所述第二区域的沿着流道方向的横向电流密度；S300，根据所述基础电流密度和所述横向电流密度，通过电流密度公式，计算所述第二单体在每个所述第二区域的电流密度。在一个实施例中，在所述步骤S100之前，所述方法还包括：S010，获取所述燃料电池空气进口处的空气总流量和所述第一区域的面积。在一个实施例中，在所述步骤S100中，所述不同组分的气体含量包括氧气体积百分比和氮气体积百分比。在一个实施例中，在所述步骤S100中，基于所述气体含量，得到所述多个第一区域的指向基础电流密度包括：S110，基于所述氧气体积百分比、所述氮气体积百分比和所述空气总流量，通过氧气流量公式，计算得到所述多个采样点处的所述氧气流量；S120，基于所述氧气流量和所述面积，通过基础电流密度公式，计算得到所述多个第一区域的基础电流密度。在一个实施例中，在所述步骤S200中，获取每个所述第二区域沿着流道方向的两端的电势包括：S210，定义连接所述燃料电池负极侧的所述双极板阳极的电势为基础电势；S220，获取每个所述第二单体沿流道方向，所述第二区域对应位置的电压；S230，基于所述电压，通过电势公式，计算得到每个所述第二区域两端沿着流道方向的电势。在一个实施例中，在所述步骤S200中，基于所述电势和所述第二区域的内阻计算每个所述第二区域的沿着流道方向的横向电流密度包括：S240，获取所述第二区域的高度、所述双极板的厚度和导电率；S250，基于所述第二区域的高度、所述双极板的厚度和导电率，通过内阻公式，计算得到所述第二区域的内阻；S260，基于所述电势和所述第二区域的内阻，通过电流密度差公式，计算每个所述第二区域的沿着流道方向的横向电流密度。在一个实施例中，在步骤S110中，所述氧气流量公式为：其中，表示第j采样点的所述氧气流量，表示第j采样点的所述氧气体积百分比，表示第j采样点的所述氮气体积百分比，fA表示所述燃料电池空气进口处的空气总流量，表示空气中的氮气百分比。在一个实施例中，在步骤S120中，所述基础电流密度公式为：定义连接所述燃料电池负极侧的所述双极板为第N所述双极板，i为所述采样点j与所述采样点j+1之间的所述第一区域，其中，CN(i)表示所述双极板N在第i区域的所述基础电流密度，单位为A/cm2，表示氧气的摩尔质量，F表示法拉第常数，Si表示所述第一区域i的所述面积。在一个实施例中，在步骤S230中，所述电势公式为：定义靠近所述燃料电池负极侧的所述双极板为第1所述双极板200，所述单体n-1与所述单体n共用所述双极板n，k表示任意所述单体，i′表示第n个所述双极板(200)上与所述第一区域对应设置的所述第二区域，Vcell(k),j表示每个所述第二单体k在沿流道方向，所述第二区域i′对应位置的电压，Un,j表示第n个所述双极板与所述采样点j对应位置的电势；在步骤S250中，所述内阻公式为：Rn(i′)表示所述第二区域i′的内阻，h表示所述第二区域i′的高度，σ表示导电率，δ表示所述区域i′的厚度，l表示所述第二区域i′的长度；在步骤S260中，所述电流密度差公式为：表示第n个所述双极板上所述第二区域i′的横向电流密度，Un,j+1表示第n个所述双极板与所述采样点j+1对应位置的电势，Si′表示所述第二区域i′的所述面积。在一个实施例中，在步骤S300中，所述电流密度公式为：其中，Cn(i′)为所述单体n在所述第二区域i′的所述电流密度。本申请提供的所述燃料电池多点分析方法，通过气体采样的方法，获取与燃料电池正极连接的所述第一单体的所述基础电流密度。再通过获取第二单体的电势，可以得到所述第二单体的阴极所在的所述双极板的横向电流密度。最后根据所述基础电流密度和所述横向电流密度，计算所述第二单体在每个所述第二区域的电流密度。通过所述燃料电池多点分析方法，可以在不破坏所述燃料电池内部结构的情况下，得到每个所述单体的电流密度分布状况。通过每个所述单体的电流密度分布状况，判断所述单体的性能状况。所述燃料电池多点分析方法有助于提高所述电堆的设计评价的准确性，进而促进燃料电池结构优化。附图说明图1为本申请一个实施例中提供的电堆的结构示意图；图2为本申请一个实施例中提供的燃料电池多点分析方法的流程图；图3为本申请一个实施例中燃料电池多点分析方法所述涉及装置的结构示意图；图4为本申请一个实施例中提供的第一单体的采样点布置示意图；图5为本申请一个实施例中提供的燃料电池多点分析方法所涉及参数的计算流程图；图6为本申请一个实施例中提供的基础电流密度计算流程图；图7为本申请一个实施例中提供的第二区域两端电势计算流程图；图8为本申请一个实施例中提供的第二单体的结构示意图。附图标号：燃料电池多点分析方法10电堆100正极101负极102第一单体110第二单体120双极板200采样口201阴极进口202阴极出口203基础电流密度测量装置20毛细管210多通阀220三通阀230第一端231第二端232第三段233标准气240质谱仪250电压采样装置300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，此处描述的具体实施例仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。常见的质子交换膜燃料电池单体结构中采用能够传递质子的固体高分子膜作为电本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种燃料电池多点分析方法，所述电堆(100)包括与燃料电池正极(101)连接的第一单体(110)和与所述第一单体(110)串联的多个第二单体(120)，所述单体包括相邻双极板(200)，所述双极板(200)的表面设置流道，其特征在于，所述方法包括：S100，在与所述第一单体(110)阴极间隔设置多个气体采样点，通过所述气体采样点获取所述第一单体(110)阴极的不同组分的气体含量，通过所述气体采样点将所述第一单体(110)阴极所在的双极板(200)分为多个第一区域，基于所述气体含量，得到所述多个第一区域的基础电流密度，所述基础电流密度的方向为所述燃料电池电堆(100)内部的负极(102)指向正极(101)；S200，将每个所述第二单体(120)的阴极所在的所述双极板(200)划分为与所述第一区域对应设置的多个第二区域，获取每个所述第二区域沿着流道方向的两端的电势，基于所述电势和所述第二区域的内阻计算每个所述第二区域的沿着流道方向的横向电流密度；S300，根据所述基础电流密度和所述横向电流密度，通过电流密度公式，计算所述第二单体(120)在每个所述第二区域的电流密度。

【技术特征摘要】
1.一种燃料电池多点分析方法，所述电堆(100)包括与燃料电池正极(101)连接的第一单体(110)和与所述第一单体(110)串联的多个第二单体(120)，所述单体包括相邻双极板(200)，所述双极板(200)的表面设置流道，其特征在于，所述方法包括：S100，在与所述第一单体(110)阴极间隔设置多个气体采样点，通过所述气体采样点获取所述第一单体(110)阴极的不同组分的气体含量，通过所述气体采样点将所述第一单体(110)阴极所在的双极板(200)分为多个第一区域，基于所述气体含量，得到所述多个第一区域的基础电流密度，所述基础电流密度的方向为所述燃料电池电堆(100)内部的负极(102)指向正极(101)；S200，将每个所述第二单体(120)的阴极所在的所述双极板(200)划分为与所述第一区域对应设置的多个第二区域，获取每个所述第二区域沿着流道方向的两端的电势，基于所述电势和所述第二区域的内阻计算每个所述第二区域的沿着流道方向的横向电流密度；S300，根据所述基础电流密度和所述横向电流密度，通过电流密度公式，计算所述第二单体(120)在每个所述第二区域的电流密度。2.如权利要求1所述的燃料电池多点分析方法，其特征在于，在所述步骤S100之前包括：S010，获取所述燃料电池空气进口处的空气总流量和所述第一区域的面积。3.如权利要求2所述的燃料电池多点分析方法，其特征在于，在所述步骤S100中，所述不同组分的气体含量包括氧气体积百分比和氮气体积百分比。4.如权利要求3所述的燃料电池多点分析方法，其特征在于，在所述步骤S100中，基于所述气体含量，得到所述多个第一区域的指向基础电流密度包括：S110，基于所述氧气体积百分比、所述氮气体积百分比和所述空气总流量，通过氧气流量公式，计算得到所述多个采样点处的所述氧气流量；S120，基于所述氧气流量和所述面积，通过基础电流密度公式，计算得到所述多个第一区域的所述基础电流密度。5.如权利要求4所述的燃料电池多点分析方法，其特征在于，在所述步骤S200中，获取每个所述第二区域沿着流道方向的两端的电势包括：S210，定义连接所述燃料电池负极(102)侧的所述双极板(200)阳极的电势为基础电势；S220，获取每个所述第二单体(120)与所述第二区域沿流道方向的两端对应位置的电压；S230，基于所述电压，通过电势公式，计算得到每个所述第二区域两端沿着流道方向的电势。6.如权利要求5所述的燃料电池多点分析方法，其特征在于，在所述步...

【专利技术属性】
技术研发人员：李建秋，胡尊严，徐梁飞，欧阳明高，方川，胡骏明，徐鑫，
申请(专利权)人：清华大学，上海神力科技有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11