燃料电池设计方案评估方法、装置、设备、介质和产品

本技术涉及燃料电池，特别是涉及一种燃料电池设计方案评估方法、装置、设备、介质和产品。

背景技术：

1、对于燃料电池来说，燃料电池中双极板的流场设计需要符合燃料电池的应用需求。

2、相关技术中，基于燃料电池的应用需求设计多种电池流场方案，并针对选定的电池流场方案进行燃料电池的加工制造。通过诊断和测试制造后的燃料电池，基于诊断和测试的结果不断迭代改善电池流场方案，以得到满足应用需求的目标电池流场方案。同时，在诊断和测试过程中，基于极化曲线对所制造的电池进行性能评估。

3、然而，这种设计迭代的过程相当漫长和繁琐，确定目标电池流场方案的效率低；并且，燃料电池构成复杂，基于极化曲线无法得到精准的评估结果。

技术实现思路

1、基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种能够快速确定燃料电池的流场设计方案的精准评估结果的燃料电池设计方案评估方法、装置、设备、介质和产品。

2、第一方面，本技术提供了一种燃料电池设计方案评估方法。该方法包括：

3、获取目标流场设计方案，该目标流场设计方案包括基于目标燃料电池的应用需求所确定的多个流场参数；根据该多个流场参数获取该目标流场设计方案所对应的无量纲评估参数，该无量纲评估参数包括达姆科勒数、无量纲过电势和无量纲输出电压中的至少一种；根据该无量纲评估参数确定该目标流场设计方案的评估结果。

4、在其中一个实施例中，该无量纲评估参数包括该达姆科勒数，该根据该多个流场参数获取该目标流场设计方案所对应的无量纲评估参数，包括：

5、根据该多个流场参数确定该目标燃料电池对应的化学反应速率以及组分扩散速率；根据该化学反应速率以及该组分扩散速率确定该达姆科勒数。

6、在其中一个实施例中，该无量纲评估参数包括该无量纲过电势，该根据该多个流场参数获取该目标流场设计方案所对应的无量纲评估参数，还包括：

7、根据该达姆科勒数以及该多个流场参数确定该目标燃料电池对应的阴极过电势以及该目标燃料电池对应的阳极过电势；对该阴极过电势进行无量纲化处理得到阴极无量纲过电势；对该阳极过电势进行无量纲化处理得到阳极无量纲过电势；将该阴极无量纲过电势和该阳极无量纲过电势作为该无量纲过电势。

8、在其中一个实施例中，该根据该达姆科勒数以及该多个流场参数确定该目标燃料电池对应的阴极过电势以及该目标燃料电池对应的阳极过电势，包括：

9、根据该达姆科勒数、该多个流场参数、第一关系式以及燃料电池阴极催化剂层反应物浓度表达式确定该阴极过电势；其中，该第一关系为电池输出电流与阴极传递电流密度之间的关系式；根据该达姆科勒数、该多个流场参数、第二关系式电池以及燃料电池阳极催化剂层反应物浓度表达式确定该阳极过电势，其中，该第二关系式为输出电流与阳极传递电流密度之间的关系式。

10、在其中一个实施例中，该阴极过电势包括阴极催化剂层的氧气浓度等于流道中氧气浓度条件下的活化过电势、阴极液态水覆盖活性面积导致的过电势以及阴极传质阻力导致的过电势；该阳极过电势包括阳极催化剂层的氢气浓度等于流道中氢气浓度条件下的活化过电势、阳极液态水覆盖活性面积导致的过电势以及阳极传质阻力导致的过电势。

11、在其中一个实施例中，该无量纲评估参数包括该无量纲输出电压，该根据该多个流场参数获取该目标流场设计方案所对应的无量纲评估参数，包括：

12、根据该达姆科勒数以及该多个流场参数确定该目标燃料电池对应的能斯特电压和欧姆过电势；根据该能斯特电压、该欧姆过电势、该阴极过电势以及该阳极过电势确定该目标燃料电池对应的输出电压；对该输出电压进行无量纲化处理，得到该无量纲输出电压。

13、在其中一个实施例中，该目标燃料电池的流场类型为反应气体流场；其中，该反应气体流场包括但不限于平行流场、蛇形流场、泡沫流场、3d流场、交指流场或仿生流场。

14、第二方面，本技术还提供了一种燃料电池设计方案评估装置。该装置包括：

15、获取模块，用于获取目标流场设计方案，该目标流场设计方案包括基于目标燃料电池的应用需求所确定的多个流场参数；

16、评估模块，用于根据该多个流场参数获取该目标流场设计方案所对应的无量纲评估参数，该无量纲评估参数包括达姆科勒数、无量纲过电势和无量纲输出电压中的至少一种；

17、确定模块，用于根据该无量纲评估参数确定该目标流场设计方案的评估结果。

18、在其中一个实施例中，该无量纲评估参数包括该达姆科勒数，该评估模块，具体用于：

19、根据该多个流场参数确定该目标燃料电池对应的化学反应速率以及组分扩散速率；根据该化学反应速率以及该组分扩散速率确定该达姆科勒数。

20、在其中一个实施例中，该无量纲评估参数包括该无量纲过电势，该评估模块，还具体用于：

21、根据该达姆科勒数以及该多个流场参数确定该目标燃料电池对应的阴极过电势以及该目标燃料电池对应的阳极过电势；对该阴极过电势进行无量纲化处理得到阴极无量纲过电势；对该阳极过电势进行无量纲化处理得到阳极无量纲过电势；将该阴极无量纲过电势和该阳极无量纲过电势作为该无量纲过电势。

22、在其中一个实施例中，该评估模块，具体用于：

23、根据该达姆科勒数、该多个流场参数、第一关系式以及燃料电池阴极催化剂层反应物浓度表达式确定该阴极过电势；其中，该第一关系为电池输出电流与阴极传递电流密度之间的关系式；根据该达姆科勒数、该多个流场参数、第二关系式电池以及燃料电池阳极催化剂层反应物浓度表达式确定该阳极过电势，其中，该第二关系式为输出电流与阳极传递电流密度之间的关系式。

24、在其中一个实施例中，该阴极过电势包括阴极催化剂层的氧气浓度等于流道中氧气浓度条件下的活化过电势、阴极液态水覆盖活性面积导致的过电势以及阴极传质阻力导致的过电势；该阳极过电势包括阳极催化剂层的氢气浓度等于流道中氢气浓度条件下的活化过电势、阳极液态水覆盖活性面积导致的过电势以及阳极传质阻力导致的过电势。

25、在其中一个实施例中，该无量纲评估参数包括该无量纲输出电压，该评估模块，具体用于：

26、根据该达姆科勒数以及该多个流场参数确定该目标燃料电池对应的能斯特电压和欧姆过电势；根据该能斯特电压、该欧姆过电势、该阴极过电势以及该阳极过电势确定该目标燃料电池对应的输出电压；对该输出电压进行无量纲化处理，得到该无量纲输出电压。

27、在其中一个实施例中，该目标燃料电池的流场类型为反应气体流场；其中，该反应气体流场包括但不限于平行流场、蛇形流场、泡沫流场、3d流场、交指流场或仿生流场。

28、第三方面，本技术还提供了一种计算机设备，包括存储器和处理器，该存储器存储有计算机程序，该处理器执行该计算机程序时实现上述第一方面任一项所述的方法的步骤。

29、第四方面，本技术还提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现上述第一方面中任一项所述的方法的步骤。

30、第五方面，本技术还提供了一种计算机程序产品，该计算机程序产品，包括计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现上述第一方面中任一项所述的方法的步骤。

31、上述燃料电池设计方案评估方法、装置、设备、介质和产品，首先获取包括基于目标燃料电池的应用需求所确定的多个流场参数的目标流场设计方案，然后可根据多个流场参数获取目标流场设计方案所对应的无量纲评估参数，根据无量纲评估参数即可对目标流场设计方案进行评估，确定目标流场设计方案的评估结果，根据该评估结果即可迅速确定目标流场设计方案是否符合目标燃料电池的应用需求，而无需进行燃料电池的加工制造，有效提升评估电池流场设计方案评估的效率。基于此，对于基于燃料电池的应用需求设计的多种电池流场方案，可将各电池流场方案分别作为目标流场设计方案进行评估，获取评估结果，将各评估结果横向对比即可确定更加符合应用需求的电池流场设计方案，提升了确定电池流场设计方案的速度。其中，无量纲评估参数包括达姆科勒数、无量纲过电势和无量纲输出电压中的至少一种，因此，基于达姆科勒数、无量纲过电势和无量纲输出电压可以对基于目标流场设计方案所确定的目标燃料电池的整体性能进行评估，相比于极化曲线，基于该无量纲评估参数可以更加完善精准的得到评估结果。