申请/专利权人：浙江大学

申请日：2023-12-21

公开（公告）日：2024-06-14

公开（公告）号：CN117744438B

主分类号：G06F30/23

分类号：G06F30/23;G06F119/08

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.06.14#授权;2024.04.09#实质审查的生效;2024.03.22#公开

摘要：本发明公开了基于数据驱动的燃料电池堆变尺度建模仿真方法及系统，其中，方法包括：S1：构建SOFC单电池多物理场耦合模型；S2：基于SOFC单电池多物理场耦合模型构建电池代理模型；S3：建立SOFC电堆几何模型；S4：定义对应物理场并内置电池代理模型，构建SOFC电堆多物理场耦合模型；S5：针对SOFC电堆多物理场耦合模型，基于有限元算法，开展SOFC电池‑电堆变尺度仿真，结合电堆性能实验数据验证模型准确性；S6：联合电堆数值仿真模型与智能优化算法，优化电堆操作参数以及电堆结构。本发明在保证模型计算精度和可靠性的同时，有效减少模型求解内存、提高模型计算速率，在硬件算力不变的情况下，可实现对更大规模电堆的建模仿真、性能分析与优化。

主权项：1.一种基于数据驱动的燃料电池堆变尺度建模仿真方法，其特征在于，包括以下步骤：S1：构建SOFC单电池多物理场耦合模型；具体包括：SOFC单电池多物理场耦合模型根据实际燃料电池各部件三维结构尺寸构建，包括多孔阴极、电解质、多孔阳极、用于输运反应气体的流道，以及用于传导和收集电流的连接体；SOFC单电池多物理场耦合模型所涉及的材料物性参数根据电池各部件具体材料组成，以及阴极和阳极侧反应气体的具体组分定义为温度依赖函数；其中，所述材料物性参数包括电极有效电导率、交换电流密度、导热系数、恒压热容、比热率、密度、动力粘度、气体扩散系数；SOFC单电池多物理场耦合模型在各计算域上进行对应物理场控制方程及边界条件的设置，考虑与环境的实际换热与热辐射效应，通过方程源项及共有变量的调用对不同过程进行耦合；其中，控制方程包括反应方程、电荷守恒方程、动量守恒方程、质量守恒方程及能量守恒方程；SOFC单电池多物理场耦合模型基于有限元算法求解，经网格无关性分析及实验数据验证其合理性及准确性；S2：基于SOFC单电池多物理场耦合模型，根据样本集各采样点开展不同操作工况下的多次电池仿真，得到对应仿真结果，求解表征输入-输出的函数映射关系，构建电池代理模型；S3：建立SOFC电堆几何模型；S4：基于SOFC电堆几何模型，定义对应物理场并内置电池代理模型，构建SOFC电堆多物理场耦合模型；具体包括：根据电池芯组各单元电池部件具体材料组成、阴极和阳极侧反应气体的具体组分、加热元件材料、保温棉材料、气体管路材料定义对应物性参数；所述物性参数包括电极有效电导率、交换电流密度、导热系数、恒压热容、比热率、密度、动力粘度、气体扩散系数、辐射率；在SOFC电堆几何模型各计算域上进行对应物理场控制方程及代理模型的设置；其中，设置对应动量守恒方程、质量守恒方程、能量守恒方程以及代理模型函数；电池代理模型设置在堆内各电池域上，通过调用电池代理模型输出结果降低需求解的自变量总数，从而降低仿真模型整体自由度数；进行边界条件设置，分别在几何模型不同边界上设置对应的边界条件；所述边界条件包括流动入口边界条件、压力出口边界条件、气体组分入口边界条件、温度边界条件；对SOFC电堆几何模型进行网格划分，开展网格无关性分析；S5：针对SOFC电堆多物理场耦合模型，基于有限元算法，开展SOFC电池-电堆变尺度仿真，结合电堆性能实验数据验证模型准确性；S6：联合电堆数值仿真模型与智能优化算法，优化电堆操作参数以及电堆结构。

全文数据：

权利要求：

百度查询： 浙江大学 基于数据驱动的燃料电池堆变尺度建模仿真方法及系统

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