【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及质子交换膜燃料电池，具体而言，尤其涉及一种大功率燃料电池电堆温度分布预测方法。
技术介绍
1、质子交换膜燃料电池系统因其高效、清洁的能源转换装置而得到广泛应用。燃料电池电堆的运行温度会影响系统的高效率和长寿命，电堆温度过低影响催化剂的催化活性，其电性能的输出会受到影响；电堆温度过高影响材料的耐久性，其运行寿命会受到影响。因此燃料电池电堆内部合理的温度分布，对其高性能和长寿命运行至关重要。由于燃料电池电堆对气密性要求比较严格，难以直接测量获取。
2、在现有技术中，公开号为cn105304920b的专利文件公开了一种平板式固体氧化物燃料电池堆温度分布估计方法，通过获知空气和燃料的入口及出口温度，通过线性或非线性计算以估计电堆内部的温度分布。该方法仅通过入口及出口温度去估计电堆内部的温度分布，并没有考虑电堆中流体分配对温度分布的影响，因此不具有普适性。
3、而名称为《固体氧化物燃料电池堆的多物理场全耦合建模和理论模拟》的文献，通过建立一个30节全耦合电池堆模型以预测堆内的温度场，由于全耦合电池堆模型涉及电化学、流体流动、热传输以及质量传递等多物理场，目前全耦合电池堆模型一般适用于少于50节电池堆的情况，再随着电池节数的增多，会大大增加多物理场耦合计算过程的难度。
4、有鉴于此，本专利技术提供一种大功率燃料电池电堆温度分布预测方法。
技术实现思路
1、根据上述提出的不足，而提供一种大功率燃料电池电堆温度分布预测方法。本专利技术主要结合大功率
2、本专利技术采用的技术手段如下：
3、本专利技术提供了一种大功率燃料电池电堆温度分布预测方法，包括：
4、建立电堆模型，所述电堆模型包括顺次设置的第1单池至第n单池，n为正整数且n≥2；
5、计算所述电堆模型的第i单池的冷却液层的边界条件、阳极气体流域层的边界条件、阴极气体流域层的边界条件，1≤i≤n；
6、计算所述第i单池的阴极催化层的体积热源源项；
7、将所述第i单池的冷却液层的边界条件、所述第i单池的阳极气体流域层的边界条件、所述第i单池的阴极气体流域层的边界条件和所述第i单池的阴极催化层的体积热源源项通过fluent软件输入所述电堆模型的所述第i单池，得到所述第i单池的温度分布；
8、将所述第1单池至所述第n单池的温度分布依次叠加，得到所述电堆模型的预测温度分布。
9、进一步地，所述第i单池的阳极气体流域层的边界条件，按照以下方式计算：
10、测量或计算来获取所述第i单池的阳极气体流域层的质量流量；
11、根据所述第i单池的阳极气体流域层的质量流量计算所述第i单池的阳极气体流域层的流速和所述第i单池的阳极气体流域层的流动阻力降；
12、根据所述第i单池的阳极气体流域层的流速和所述第i单池的阳极气体流域层的流动阻力降之间的关系计算所述第i单池的阳极气体流域层的惯性阻力系数和所述第i单池的阳极气体流域层的粘性阻力系数。
13、进一步地，根据所述第i单池的阳极气体流域层的质量流量计算所述第i单池的阳极气体流域层的流速，按照以下方式计算：
14、ma＝ρ×v×s
15、其中，ma为所述第i单池的阳极气体流域层的质量流量，ρ为流体密度，v为所述第i单池的阳极气体流域层的流速，s为所述第i单池的阳极气体流域层的面积。
16、进一步地，根据所述第i单池的阳极气体流域层的流速和所述第i单池的阳极气体流域层的流动阻力降之间的关系计算所述第i单池的阳极气体流域层的惯性阻力系数和所述第i单池的阳极气体流域层的粘性阻力系数，包括：
17、根据所述第i单池的阳极气体流域层的流速和所述第i单池的阳极气体流域层的流动阻力降建立所述第i单池的阳极气体流域层的第一拟合关系式，按照以下公式计算：
18、δp＝a×v2+b×v
19、其中，δp为所述第i单池的阳极气体流域层的流动阻力降，v为所述第i单池的阳极气体流域层的流速，a为第一拟合系数，b为第二拟合系数；
20、将所述第i单池简化为直流道，根据所述第i单池的阳极气体流域层的流速和所述第i单池的阳极气体流域层的流动阻力降建立所述第i单池的阳极气体流域层的第二拟合关系式，按照以下公式计算：
21、δp＝c×(1/2)×ρ×l×v2+d×μ×l×v
22、其中，c为所述第i单池的阳极气体流域层的惯性阻力系数，d为所述第i单池的阳极气体流域层的粘性阻力系数，μ为所述第i单池的阳极气体流域层的动力粘度，l为所述第i单池的阳极气体流域层的长度。
23、进一步地，计算所述第i单池的阴极催化层的体积热源源项，按照以下方式计算：
24、q＝i×(1.254-ui)/vccl
25、其中，q为所述第i单池的阴极催化层的体积热源源项，i为所述第i单池的电流，ui为所述第i单池的输出电压，vccl为所述第i单池的阴极催化层的体积。
26、进一步地，所述第i单池的输出电压，按照以下方式计算：
27、ui＝e-uact-uohm-uconc
28、其中，e为能斯特电压，uact为活化损失电压，uohm为欧姆损失电压，ucon为浓差损失电压。
29、进一步地，所述能斯特电压，按照以下方式计算：
30、
31、其中，t为所述第i单池的温度，为所述第i单池的氢气压力，为所述第i单池的氧气压力。
32、进一步地，所述活化损失电压，按照以下方式计算：
33、
34、
35、其中，n为所述第i单池的电子数，jstack为所述电堆模型的电流密度，r为气体常数，t为所述第i单池的温度，α为传输系数，f为法拉第常数，jn为所述第i单池的内部电流密度，j0为所述第i单池的交换电流密度，ζcat为所述第i单池的催化剂表面体积比，jcat(t)为所述第i单池的参考交换电流密度，[c]为所述第i单池的阴极氧气摩尔浓度，[c]ref为所述第i单池的阴极参考氧气摩尔浓度，γcat为所述第i单池的阴极氧气的浓度指数，en为所述第i单池的活化能，t0为所述第i单池的参考温度。
36、进一步地，所述欧姆损失电压，按照以下方式计算：
37、uohm＝rmemb×jstack
38、
39、其中本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种大功率燃料电池电堆温度分布预测方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的大功率燃料电池电堆温度分布预测方法，其特征在于，所述第i单池的阳极气体流域层的边界条件，按照以下方式计算：
3.根据权利要求2所述的大功率燃料电池电堆温度分布预测方法，其特征在于，根据所述第i单池的阳极气体流域层的质量流量计算所述第i单池的阳极气体流域层的流速，按照以下方式计算：
4.根据权利要求2所述的大功率燃料电池电堆温度分布预测方法，其特征在于，根据所述第i单池的阳极气体流域层的流速和所述第i单池的阳极气体流域层的流动阻力降之间的关系计算所述第i单池的阳极气体流域层的惯性阻力系数和所述第i单池的阳极气体流域层的粘性阻力系数，包括：
5.根据权利要求1所述的大功率燃料电池电堆温度分布预测方法，其特征在于，计算所述第i单池的阴极催化层的体积热源源项，按照以下方式计算：
6.根据权利要求5所述的大功率燃料电池电堆温度分布预测方法，其特征在于，所述第i单池的输出电压，按照以下方式计算：
7.根据权利要求6所述的大功率燃料电池
8.根据权利要求6所述的大功率燃料电池电堆温度分布预测方法，其特征在于，所述活化损失电压，按照以下方式计算：
9.根据权利要求6所述的大功率燃料电池电堆温度分布预测方法，其特征在于，所述欧姆损失电压，按照以下方式计算：
10.根据权利要求6所述的大功率燃料电池电堆温度分布预测方法，其特征在于，所述浓差损失电压，按照以下方式计算：
...【技术特征摘要】
1.一种大功率燃料电池电堆温度分布预测方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的大功率燃料电池电堆温度分布预测方法，其特征在于，所述第i单池的阳极气体流域层的边界条件，按照以下方式计算：
3.根据权利要求2所述的大功率燃料电池电堆温度分布预测方法，其特征在于，根据所述第i单池的阳极气体流域层的质量流量计算所述第i单池的阳极气体流域层的流速，按照以下方式计算：
4.根据权利要求2所述的大功率燃料电池电堆温度分布预测方法，其特征在于，根据所述第i单池的阳极气体流域层的流速和所述第i单池的阳极气体流域层的流动阻力降之间的关系计算所述第i单池的阳极气体流域层的惯性阻力系数和所述第i单池的阳极气体流域层的粘性阻力系数，包括：
5.根据权利要求1所述的大功率燃料电...
【专利技术属性】
技术研发人员：徐家慧，刘雪婷，刘振，吕平，邢丹敏，陈桂银，张宝，
申请(专利权)人：新源动力股份有限公司，
类型：发明
国别省市：
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