[发明专利]质子交换膜燃料电池参数敏感性的确定方法

说明书

本发明公开了一种质子交换膜燃料电池参数敏感性的确定方法，包括计算模型的建立和对燃料电池参数敏感性的分析两个部分：第一部分分为5个步骤，包括：电池性能以输出电压为指标；确定欧姆损失；确定活化损失；反应气体的浓度计算；以及电池水管理。第二部分为7个步骤，包括：选取待分析的参数；确定各个参数敏感性指标为；确定各个参数的取值范围；将样本空间标准化；将标准化的样本空间离散；随机取样策略；以及计算敏感性指标。能够定量确定各个工况下参数的敏感性顺序，找出电池运行时哪些参数是重要参数，哪些是次要参数，能够指导电池的设计优化和实际开发，最终为提高电池性能和稳定性提供依据。

技术领域

本发明属于电化学燃料电池领域，具体涉及一种对电池参数的敏感性进行分析和排序的方法。

背景技术

质子交换膜燃料电池(PEMFC)是一种高效、清洁、零排放并具有巨大前景的动力装置，其高功率、低温工作状态、启动迅速、运行稳定等优点使得PEMFC在未来的交通运输、电站和便携式电源等方面具有很高的应用价值。然而，长寿命、高性能仍然是质子交换膜燃料电池亟待解决的问题。

目前，无论是基于电池模型的数值仿真还是实验测试，大量研究工作着眼于电池的性能优化，主要通过改变某个或者某些电池参数来定性地探究电池性能与对应参数的关系，这样会有助于定性了解电池参数与性能的耦合关系。但是，燃料电池的参数具有强耦合、非线性的特点，运行规律复杂，目前的方法很难全面了解多个参数共同作用下电池的性能变化，也很难定量确定出哪些参数对性能影响是重要的，所以传统方法对电池研发的指导作用非常有限。

为了解决上述问题，需要对燃料电池做系统全面的敏感性分析。敏感性分析能够从众多参数中筛选出对电池性能影响最重要的参数，在实际应用中可有根据的忽略敏感度低的参数，从而有效降低电池计算模型的复杂度，减少数据分析和实验测试的工作量，减小研究的投入成本，为更有效地提高电池性能指明了路径。

发明内容

本发明的目的是，提出一种质子交换膜燃料电池参数敏感性的确定方法，以确定出不同电流密度下电池的重要参数，并且为参数的敏感性进行排序。

质子交换膜燃料电池参数敏感性的确定方法，包括计算模型的建立和对燃料电池参数敏感性的分析两个部分：

1.计算模型建立的方法分为5个步骤，包括：电池性能以输出电压为指标；确定欧姆损失；确定活化损失；反应气体的浓度计算；电池水管理。

2.对燃料电池参数敏感性的分析也分为7个步骤，包括：选取待分析的参数；确定各个参数敏感性指标为；确定各个参数的取值范围；将样本空间标准化；将标准化的样本空间离散；随机取样策略；计算敏感性指标。

(1)计算模型建立的方法

1.1电池性能以输出电压为指标

E_out＝E_rev-η_ohm-η_act (1-1)

E_rev可逆电压由能斯特方程求得：

1.2确定欧姆损失

欧姆损失包括极板、多孔介质层和质子交换膜造成的欧姆损失之和，即：

面电阻(ASR--area specific resistance)表示的材料电阻属性，类似于电阻率。面电阻的大小为电阻乘以截面积，相同的条件下，面电阻的面积越大，电阻越小。

上式中分别为流道极板和多孔介质各层传输电子的面电阻；分别为催化层和质子交换膜内传输质子的面电阻，面电阻的求解通式如下：

Ω＝δ/σ^eff (1-4)