一种燃料电池电堆吹扫模块结构优化方法技术

本申请公开了一种燃料电池电堆吹扫模块结构优化方法，其特征在于，包括基于燃料电池结构建立流场模型；设定流场模型的流场边界；于一固定进气量下获取于该流场边界下流场模型内的最大氢气浓度，本申请实施例中，采用上述的一种燃料电池电堆吹扫模块结构优化方法，以流场模型内部泄漏氢气的最大氢气浓度作为优化目标，避免燃料电池空腔流场内泄漏氢气富集区域的氢气浓度超出设定值，从而实现燃料电池实际最大氢气泄漏浓度值的准确监测，并以空气入口边界作为优化变量筛选流场模型，将该流场模型应用至实际燃料电池的电堆吹扫模块中后能够大大增强其吹扫效率，使得燃料电池外壳空腔内的实际最大氢气泄漏浓度值符合预设标准。准。准。

【技术实现步骤摘要】
一种燃料电池电堆吹扫模块结构优化方法


[0001]本专利技术涉及燃料电池
，尤其涉及一种燃料电池电堆吹扫模块结构优化方法。

技术介绍

[0002]带封装的燃料电池电堆模块中，一般有一个或多个进风口和出风口，一定量的空气或惰性气体通过模块进风口通入模块内部，再由出气口排出，模块运行中利用氢浓度泄漏检测仪检测模块出风口管道内氢气浓度。
[0003]《GB/T 33978
‑
2017道路车辆用质子交换膜燃料电池模块》中规定，模块氢气泄漏浓度值不超过25％LFL(低可燃极限)，即氢浓度不能超过1％。
[0004]在传统吹扫模块设计形式中，外壳空腔存在无法被吹扫的流动相对静止区域，吹扫效率低，易产生氢气富集区域，而出气口排出气体中的氢气浓度并不能代表外壳空腔中氢气浓度富集区域的最大值，不能作为流量参数设计合格的判据标准。

技术实现思路

[0005]本专利技术旨在解决现有技术中存在的技术问题之一。
[0006]针对现有技术的不足，本专利技术提供了一种能够提高吹扫效果、泄漏氢气浓度监测准确的燃料电池电堆吹扫模块结构优化方法，包括：
[0007]设定流场模型的流场边界；
[0008]基于所述流场边界按照第一预设方法获取所述流场模型内泄漏氢气的最大氢气浓度。
[0009]进一步限定，上述的一种燃料电池电堆吹扫模块结构优化方法，其中，设定流场模型的流场边界之前还包括：
[0010]建立并简化所述流场模型。
[0011]进一步限定，上述的一种燃料电池电堆吹扫模块结构优化方法，其中，设定流场模型的流场边界包括：
[0012]按照第二预设方法设定空气入口边界；
[0013]按照第三预设方法设定氢气泄漏边界；
[0014]按照第四预设方法设定空气出口边界。
[0015]进一步限定，上述的一种燃料电池电堆吹扫模块结构优化方法，其中，所述第二预设方法包括：
[0016]以具有多个进气口的吹扫管取代单一进气口；
[0017]所述空气入口边界采用多个柱状射流的形式模拟所述吹扫管。
[0018]进一步限定，上述的一种燃料电池电堆吹扫模块结构优化方法，其中，所述第三预设方法包括：
[0019]所述氢气泄漏边界与所述流场模型的空腔流场壁面边界之间留出间隔。
[0020]进一步限定，上述的一种燃料电池电堆吹扫模块结构优化方法，其中，所述第四预设方法包括：
[0021]所述空气出口边界设定为长柱状管路的形式。
[0022]进一步限定，上述的一种燃料电池电堆吹扫模块结构优化方法，其中，第一预设方法包括：
[0023][0024]其中，为瞬态项；
[0025]div(ρμφ)为对流项；
[0026]div(Γgradφ)为扩散项；
[0027]S为源项；
[0028]φ为所求物理量；
[0029]Γ为所述φ的广义扩散系数；
[0030]ρ为气体密度参量；
[0031]μ为气体粘度参量；
[0032]电堆吹扫模块正常工作时可看作稳态内流场，所述瞬态项和所述源项为零。
[0033]进一步限定，上述的一种燃料电池电堆吹扫模块结构优化方法，其中，基于所述流场边界按照第一预设方法获取所述流场模型内泄漏氢气的最大氢气浓度之后还包括：
[0034]基于最大氢气浓度与优化预期对比形成一判断结果；
[0035]基于所述判断结果输出所述流场边界，或以空气入口边界作为优化变量、所述最大氢气浓度作为优化目标进行迭代优化并重新生成所述判断结果。
[0036]进一步限定，上述的一种燃料电池电堆吹扫模块结构优化方法，其中，所述空气入口边界的优化形式包括调整柱状射流的数量、位置、尺寸参数。
[0037]进一步限定，上述的一种燃料电池电堆吹扫模块结构优化方法，其中，基于所述判断结果输出所述流场边界之后还包括：
[0038]以进气量作为优化变量、所述最大氢气浓度作为优化目标迭代优化获取所述最大氢气浓度最低的所述进气量。
[0039]本专利技术至少具备以下有益效果：
[0040]1、以流场模型内部泄漏氢气的最大氢气浓度作为优化目标，避免出气口排出气体中的氢气浓度符合设定值而燃料电池空腔流场内泄漏氢气富集区域的氢气浓度超出设定值的情况，从而实现燃料电池实际最大氢气泄漏浓度值的准确监测；
[0041]2、以具有多个进气口的吹扫管取代单一进气口，相对于单一进气口形式，分散进气口的射流吹扫范围更大，流速相对更加均匀、效率更高；
[0042]3、氢气泄漏边界与流场模型的空腔流场壁面边界之间留出间隔，从而保证流场模型内泄漏氢气的最大氢气浓度的计算准确；
[0043]4、空气出口边界设定为长柱状管路的形式，使得吹扫气体汇流后流动充分发展，各项物理参量分布沿径向呈中心对称趋势，有效避免出气口界面逆压力梯度引起的回流，有利于保证计算迭代收敛的同时更方便吹扫气体排出后氢气浓度的监测；
[0044]5、以空气入口边界作为优化变量对流场模型进行优化，从而筛选最大氢气浓度满足优化预期的流场模型，将该流场模型应用至实际燃料电池的电堆吹扫模块中后，能够大大增强燃料电池电堆吹扫模块的吹扫效率，使得燃料电池外壳空腔内的实际最大氢气泄漏浓度值符合预设标准，同时，该设计方案对于不同结构的燃料电池具有通用性；
[0045]6、于空气入口边界已能够满足优化预期的情况下以进气量为优化目标筛选最大氢气浓度最低的进气量，从而保证吹扫进气量的设计合理性。
附图说明
[0046]图1为本申请实施例燃料电池电堆吹扫模块结构优化方法的流程图；
[0047]图2为本申请实施例“流场模型100”包含“氢气泄漏边界200”的剖视示意图；
[0048]图3为本申请实施例“流场模型100”不包含“氢气泄漏边界200”的剖视示意图；
[0049]图4为本申请实施例“氢气泄漏边界200”的结构示意图；
[0050]图5为本申请实施例“氢气泄漏边界200”部分的放大结构示意图；
[0051]图6为本申请实施例“吹扫管500”的吹扫示意图；
[0052]图7为本申请实施例“单一进气口”的吹扫示意图；
[0053]图8为本申请实施例“有限体积微元”的分析示意图；
[0054]图9为本申请实施例“空气出口边界400”分别采用“短出气管道”与“长出气管道”的示意图；
[0055]图10为本申请实施例“A”结构下的“流场模型100”示意图；
[0056]图11为本申请实施例“B”结构下的“流场模型100”示意图；
[0057]图12为本申请实施例“C”结构下的“流场模型100”示意图；
[0058]图13为本申请实施例“D”结构下的“流场模型100”示意图；
[0059]图14为本申请实施例“E”结构下的“流场模型100”示意图。
[0060]本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种燃料电池电堆吹扫模块结构优化方法，其特征在于，包括：设定流场模型的流场边界；基于所述流场边界按照第一预设方法获取所述流场模型内泄漏氢气的最大氢气浓度。2.根据权利要求1所述的一种燃料电池电堆吹扫模块结构优化方法，其特征在于，设定流场模型的流场边界之前还包括：建立并简化所述流场模型。3.根据权利要求1所述的一种燃料电池电堆吹扫模块结构优化方法，其特征在于，设定流场模型的流场边界包括：按照第二预设方法设定空气入口边界；按照第三预设方法设定氢气泄漏边界；按照第四预设方法设定空气出口边界。4.根据权利要求3所述的一种燃料电池电堆吹扫模块结构优化方法，其特征在于，所述第二预设方法包括：以具有多个进气口的吹扫管取代单一进气口；所述空气入口边界采用多个柱状射流的形式模拟所述吹扫管。5.根据权利要求3所述的一种燃料电池电堆吹扫模块结构优化方法，其特征在于，所述第三预设方法包括：所述氢气泄漏边界与所述流场模型的空腔流场壁面边界之间留出间隔。6.根据权利要求3所述的一种燃料电池电堆吹扫模块结构优化方法，其特征在于，所述第四预设方法包括：所述空气出口边界设定为长柱状管路的形式。7.根据权利要求1所述的一种燃...

【专利技术属性】
技术研发人员：张建勋，付宇，梁栋，
申请(专利权)人：上海骥翀氢能科技有限公司，
类型：发明
国别省市：