【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及燃料电池的，尤其涉及一种pemfc气体扩散层优化预测系统及其方法。
技术介绍
1、目前，大多数质子交换膜燃料电池(pemfc)气体扩散层优化设计及预测系统缺乏完善的经验知识和专家见解，且优化预测角度较为单一，因而其适用性和通用性相对一般，存在预测精度不够精确，成本耗费比较大等问题，需要得到进一步改善。现有的pemfc气体扩散层预测系统仅可以反映气体扩散层短期的性能变化，但不能反映更深层次机理性的微观尺度结构变化及传输性能和力学特性变化，如微结构参数变化、多孔电极微结构内部的气体扩散率及热导率变化等，这些都是决定宏观性能的重要因素；即现有的pemfc气体扩散层预测系统无法实现孔尺度精准预测。
2、通过实验针对气体扩散层的优化设计一般集中于热导率、气体扩散率等宏观尺度的参数测量；或是利用实验测试对某项微观结构进行独立的分析，这些方法费时费力，成本巨大，且较为单一。
技术实现思路
1、鉴于上述技术的不足之处，本专利技术提供了一种pemfc气体扩散层优化预测系统，以解决现有的pemfc气体扩散层难以高效低成本优化预测或无法实现孔尺度精准预测等问题。
2、为达到以上目的，本专利技术采用的技术方案为：
3、一种pemfc气体扩散层优化预测系统，所述优化预测系统包括：
4、微结构特征参数获取模块，其用于获取至少一个影响pemfc气体扩散层性能变化的维结构特征参数；
5、传输性能优化预测模块，其用于预测pemfc气体扩散层的
6、力学特性优化预测模块，其用于预测pemfc气体扩散层的力学特性；
7、其中，所述传输性能优化预测模块和力学特性优化预测模块可基于微结构特征参数获取模块所获取的pemfc气体扩散层维结构特征参数，优化预测pemfc气体扩散层的性能。
8、作为优选的技术方案，所述微结构特征参数为纤维直径、厚度、各向异性系数、孔隙率、粘结剂含量、聚四氟乙烯含量中的至少一个。
9、作为优选的技术方案，所述传输性能优化预测模块可优化预测ip方向和tp方向的有效热导率和有效气体扩散率。
10、作为优选的技术方案，所述力学特性优化预测模块可优化预测一定压缩比条件下的平均应力和通平面方向平均应变。
11、本专利技术的另外一方面是提供一种pemfc气体扩散层优化预测方法，所述优化预测方法基于如上述的pemfc气体扩散层优化预测系统进行优化预测，具体包括以下步骤：
12、步骤s1：微结构特征参数获取模块获取pemfc气体扩散层的微结构特征参数；并在预测系统中设定所述pemfc气体扩散层的传输性能目标值和力学特性目标值；
13、步骤s2：传输性能优化预测模块获取纤维直径、厚度、各向异性系数、孔隙率、粘结剂含量和聚四氟乙烯含量六个pemfc气体扩散层微结构特征参数；力学特性优化预测模块获取纤维直径、厚度、各向异性系数和孔隙率四个pemfc气体扩散层微结构特征参数；
14、步骤s3：所述传输性能优化预测模块基于微结构特征参数获取模块所获取的pemfc气体扩散层初始维结构特征参数进行ip方向和tp方向的有效热导率和有效气体扩散率预测计算；所述力学特性优化预测模块基于微结构特征参数获取模块所获取的pemfc气体扩散层初始维结构特征参数进行一定压缩比条件下的平均应力和通平面方向平均应变预测计算；
15、步骤s4：输出步骤s3的优化预测结果，如果达到pemfc气体扩散层的传输性能目标值和力学特性目标值，则结束优化预测操作；否则优化调整微结构特征参数，重新进行步骤s3的预测计算操作，直到达到设定的pemfc气体扩散层的传输性能目标值和力学特性目标值。
16、作为优选的技术方案，所述微结构特征参数的优化调整根据所述微结构特征参数对pemfc气体扩散层的传输性能和力学特性的影响权重进行。
17、作为优选的技术方案，所述传输性能优化预测模块在ip方向上有效热导率和有效气体扩散率的预测可分别根据方程a1和方程a2进行优化预测：
18、所述方程a1为：
19、y1＝0.48309-0.01678*x1-0.00044*x2-0.26807*x3-0.00301*x4+0.00281*x5+0.00185*x6；
20、所述方程a2为：
21、y2＝0.25706-0.00971*x1-0.00028*x2-0.59892*x3-0.00123*x4+0.00195*x5+0.00134*x6；
22、式中，x1表示纤维直径，x2表示厚度、x3表示孔隙率、x4表示各向异性系数、x5表示粘结剂含量、x6表示聚四氟乙烯含量。
23、作为优选的技术方案，所述传输性能优化预测模块在tp方向上有效热导率和有效气体扩散率的预测可分别根据方程a3和方程a4进行优化预测：
24、所述方程a3为：
25、y3＝0.16877-0.00334*x1-0.00008*x2-0.15265*x3-0.00089*x4+0.00047*x5+0.00061*x6；
26、所述方程a4为：
27、y4＝0.23873-0.00709*x1-0.00026*x2-0.54172*x3-0.00135*x4+0.00083*x5+0.00144*x6；
28、式中，x1表示纤维直径，x2表示厚度、x3表示孔隙率、x4表示各向异性系数、x5表示粘结剂含量、x6表示聚四氟乙烯含量。
29、作为优选的技术方案，所述力学特性优化预测模块在10％和20％压缩比条件下的平均应力分别根据方程b1和方程b2进行优化预测：
30、所述方程b1为：
31、y5＝1.28815*x1+0.01140*x2-0.36329*x3+0.41773*x4+20.69022；
32、所述方程b2为：
33、y6＝3.06209*x1-0.01291*x2-1.15124*x3+0.75515*x4+79.84664；
34、式中，x1表示纤维直径、x2表示厚度、x3表示孔隙率、x4表示各向异性系数。
35、作为优选的技术方案，所述力学特性优化预测模块在10％和20％压缩比条件下的通平面方向平均应变分别根据方程b3和方程b4进行优化预测：
36、所述方程b3为：
37、y7＝-0.69801*x1-0.01716*x2+0.22018*x3+0.21963*x4-15.73324；
38、所述方程b4为：
39、y8＝-0.93240*x1-0.08179*x2+0.01653*x3+0.67163*x4+1.73291；
40、式中，x1表示纤维直径、x2表示厚度、x3表示孔隙率、x4表示各向异性系数。
41、本专利技术pemfc气本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种PEMFC气体扩散层优化预测系统，其特征在于，所述优化预测系统包括：
2.如权利要求1所述PEMFC气体扩散层优化预测系统，其特征在于，所述微结构特征参数为纤维直径、厚度、各向异性系数、孔隙率、粘结剂含量、聚四氟乙烯含量中的至少一个。
3.如权利要求1所述PEMFC气体扩散层优化预测系统，其特征在于，所述传输性能优化预测模块可优化预测IP方向和TP方向的有效热导率和有效气体扩散率。
4.如权利要求1所述PEMFC气体扩散层优化预测系统，其特征在于，所述力学特性优化预测模块可优化预测一定压缩比条件下的平均应力和通平面方向平均应变。
5.一种PEMFC气体扩散层优化预测方法，其特征在于，所述优化预测方法基于如权利1-4任一项所述的PEMFC气体扩散层优化预测系统进行优化预测，具体包括以下步骤：
6.如权利要求5所述的PEMFC气体扩散层优化预测方法，其特征在于，所述微结构特征参数的优化调整根据所述微结构特征参数对PEMFC气体扩散层的传输性能和力学特性的影响权重进行。
7.如权利要求5所述PEMFC气体扩
8.如权利要求5所述PEMFC气体扩散层优化预测系统，其特征在于，所述传输性能优化预测模块在TP方向上有效热导率和有效气体扩散率的预测可分别根据方程A3和方程A4进行优化预测：
9.如权利要求5所述PEMFC气体扩散层优化预测系统，其特征在于，所述力学特性优化预测模块在10％和20％压缩比条件下的平均应力分别根据方程B1和方程B2进行优化预测：
10.如权利要求5所述PEMFC气体扩散层优化预测系统，其特征在于，所述力学特性优化预测模块在10％和20％压缩比条件下的通平面方向平均应变分别根据方程B3和方程B4进行优化预测：
...【技术特征摘要】
1.一种pemfc气体扩散层优化预测系统，其特征在于，所述优化预测系统包括：
2.如权利要求1所述pemfc气体扩散层优化预测系统，其特征在于，所述微结构特征参数为纤维直径、厚度、各向异性系数、孔隙率、粘结剂含量、聚四氟乙烯含量中的至少一个。
3.如权利要求1所述pemfc气体扩散层优化预测系统，其特征在于，所述传输性能优化预测模块可优化预测ip方向和tp方向的有效热导率和有效气体扩散率。
4.如权利要求1所述pemfc气体扩散层优化预测系统，其特征在于，所述力学特性优化预测模块可优化预测一定压缩比条件下的平均应力和通平面方向平均应变。
5.一种pemfc气体扩散层优化预测方法，其特征在于，所述优化预测方法基于如权利1-4任一项所述的pemfc气体扩散层优化预测系统进行优化预测，具体包括以下步骤：
6.如权利要求5所述的pemfc气体扩散层优化预测方法，其特征在于，所述微结构特征...
【专利技术属性】
技术研发人员：肖柳胜，孙玉帅，张春飞，苗鹤，袁金良，
申请(专利权)人：宁波大学，
类型：发明
国别省市：
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