车用燃料电池堆建模方法、系统及存储介质

本发明涉及质子交换膜燃料电池仿真，尤其涉及一种车用燃料电池堆建模方法、系统及存储介质。

背景技术：

1、质子交换膜燃料电池仿真技术是推动燃料电池行业发展以及技术进步的重要手段。然而，目前由于车用燃料电池的单片电池面积大，单堆片数多等问题，导致质子交换膜燃料电池在建模仿真过程中带来了很大的挑战。相关技术中，纯三维物理场模型的计算量极大，难以实现。另外，虽然对单电池机理模型进行了简化，但对于车用多片燃料电池堆，仍然存在计算速度慢的问题。同时，在建模过程中常常进行了大幅简化，导致结构信息不全，难以实现对歧管结构等的优化功能。

技术实现思路

1、为了解决上述技术问题的至少之一，本发明提出一种车用燃料电池堆建模方法、系统及存储介质，能够有效提高燃料电池模型仿真计算速度，并有效提高了燃料电池模型的精度以及可靠性。

2、一方面，本发明实施例提供了一种车用燃料电池堆建模方法，包括以下步骤：

3、根据预设边界条件构建歧管三维流体动力学模型；

4、根据预设电流密度计算电池内部的预设气体传输数据；其中，所述预设气体传输数据包括阴极气体传输数据和阳极气体传输数据；

5、根据所述预设气体传输数据耦合电化学控制函数以及热传输控制函数进行模拟，得到一维单电池机理模型；

6、通过神经网络模型对所述一维单电池机理模型进行拟合，得到单电池神经网络模型；

7、根据所述歧管三维流体动力学模型和所述单电池神经网络模型构建得到燃料电池堆模型。

8、根据本发明实施例的一种车用燃料电池堆建模方法，至少具有如下有益效果：本实施例首先根据预设边界条件构建歧管三维流体动力学模型，以在实现较高的歧管形状兼容性的同时，有效提高仿真计算速度。接着，本实施例根据预设电流密度计算电池内部包括阴极气体传输数据和阳极气体传输数据的预设气体传输数据，并根据预设气体传输数据耦合电化学控制函数以及热传输控制函数进行模拟，构建得到一维单电池机理模型。同时，本实施例通过神经网络模型对一维单电池机理模型进行拟合，构建得到单电池神经网络模型，通过神经网络模型代替单电池机理模型的方式，能够有效提高单电池计算速度，并保持较高的精度。进一步地，本实施例根据歧管三维流体动力学模型和单电池神经网络模型构建得到燃料电池堆模型，从而有效提高燃料电池模型的仿真计算速度，并有效提高了仿真精度以及可靠性。

9、根据本发明的一些实施例，所述预设边界条件包括进气歧管边界条件和排气歧管边界条件；

10、所述根据预设边界条件构建歧管三维流体动力学模型，包括：

11、获取所述进气歧管边界条件和所述排气歧管边界条件；其中，所述进气歧管边界条件包括压力进口和质量流量出口，所述排气歧管边界条件包括质量流量进口和压力出口；

12、根据所述进气歧管边界条件和所述排气歧管边界条件通过纳维-斯托克斯方程进行控制，构建得到所述歧管三维流体动力学模型；其中，所述歧管三维流体动力学模型包括进气歧管三维模型和排气歧管三维模型。

13、根据本发明的一些实施例，所述通过神经网络模型对所述一维单电池机理模型进行拟合，得到单电池神经网络模型，包括：

14、确定设计变量参数和输出结果参数；

15、根据所述设计变量参数通过超拉丁立方采样法进行采样，得到预设样本点数据；

16、通过所述一维单电池机理模型对所述预设样本点数据中的各个样本点进行仿真，得到所述输出结果参数相应的输出数据集；

17、通过所述神经网络模型对所述输出数据集进行非线性拟合，构建得到所述单电池神经网络模型。

18、根据本发明的一些实施例，所述根据所述歧管三维流体动力学模型和所述单电池神经网络模型构建得到燃料电池堆模型，包括：

19、将所述歧管三维流体动力学模型与若干个所述单电池神经网络模型进行耦合，构建得到所述燃料电池堆模型。

20、根据本发明的一些实施例，所述将所述歧管三维流体动力学模型与若干个所述单电池神经网络模型进行耦合，构建得到所述燃料电池堆模型，包括：

21、根据预设质量流量参数通过所述进气歧管三维模型进行仿真分析，得到预设单电池入口参数；其中，所述预设单电池入口参数包括各个所述单电池神经网络模型入口处的第一压力数据；

22、将所述预设单电池入口参数分别输入相应的所述单电池神经网络模型进行计算，得到预设单电池输出参数；其中，所述预设单电池输出参数包括各个所述单电池神经网络模型输出的第一压降数据；

23、根据反应气体消耗数据通过各个所述单电池神经网络模型计算得到相应的预设输出气体流量；

24、根据所述预设输出气体流量通过所述排气歧管三维模型进行仿真分析，得到预设单电池出口参数；其中，所述预设单电池出口参数包括各个所述单电池神经网络模型出口处的第二压力数据；

25、根据所述预设单电池出口参数和所述预设单电池入口参数得到第二压降数据；

26、当所述第一压降数据与所述第二压降数据的距离小于或等于预设距离，得到所述燃料电池堆模型。

27、根据本发明的一些实施例，在执行所述根据所述预设单电池出口参数和所述预设单电池入口参数得到第二压降数据这一步骤之后，所述方法还包括：

28、当所述第一压降数据与所述第二压降数据的距离大于所述预设距离，根据预设差值数据对所述预设质量流量参数进行修正，并返回所述根据预设质量流量参数通过所述进气歧管三维模型进行仿真分析，得到预设单电池入口参数的步骤。

29、根据本发明的一些实施例，所述根据预设质量流量参数通过所述进气歧管三维模型进行仿真分析，得到预设单电池入口参数，包括：

30、根据所述预设质量流量参数通过所述进气歧管三维模型进行计算流体动力学分析，得到所述预设单电池入口参数。

31、另一方面，本发明实施例还提供了一种车用燃料电池堆建模系统，包括：

32、第一构建模块，用于根据预设边界条件构建歧管三维流体动力学模型；

33、第一计算模块，用于根据预设电流密度计算电池内部的预设气体传输数据；其中，所述预设气体传输数据包括阴极气体传输数据和阳极气体传输数据；

34、第二计算模块，用于根据所述预设气体传输数据耦合电化学控制函数以及热传输控制函数进行模拟，得到一维单电池机理模型；

35、拟合模块，用于通过神经网络模型对所述一维单电池机理模型进行拟合，得到单电池神经网络模型；

36、第二构建模块，用于根据所述歧管三维流体动力学模型和所述单电池神经网络模型构建得到燃料电池堆模型。

37、另一方面，本发明实施例还提供了一种车用燃料电池堆建模系统，包括：

38、至少一个处理器；

39、至少一个存储器，用于存储至少一个程序；

40、当所述至少一个程序被所述至少一个处理器执行，使得至少一个所述处理器实现如上述实施例所述的车用燃料电池堆建模方法。

41、另一方面，本发明实施例还提供了一种计算机存储介质，其中存储有处理器可执行的程序，所述处理器可执行的程序在由所述处理器执行时用于实现如上述实施例所述的车用燃料电池堆建模方法。